Блюз черных дыр и другие мелодии космоса - Жанна Левин

Когда волна достигнет орбиты Нептуна, останется всего несколько часов до ее регистрации. Когда она приблизится на расстояние, равное расстоянию от Земли до Солнца, до ее регистрации останется всего восемь минут, и в эти минуты кто-то будет дежурить в центре управления детектором, вглядываясь в мерцающий экран и вслушиваясь, из чистого любопытства, в звуки детектора, доносящиеся из обычного динамика или из наушников. И, может быть, сквозь шум компьютеров и вентиляторов, сквозь клацанье компьютерных клавиш, сквозь шум самой установки пробьется, по истечении тех самых восьми минут, едва различимое необычное звучание. Сложный компьютерный алгоритм в режиме реального времени проанализирует поток данных и отправит сообщение обработчикам-аналитикам – предположительно среди ночи. И кто-то другой, разбуженный этим сообщением, будет долго в темноте нащупывать свои очки, а потом, чертыхаясь, вылезет из кровати и первым увидит запись события – и спокойно скажет себе: что ж, возможно, это Оно.

Эта книга – не только хроника охоты за гравитационными волнами, за аудиозаписью истории Вселенной, за звуковой дорожкой соответствующего ей немого фильма. Она еще и дань уважения донкихотскому, героическому, мучительному стремлению экспериментаторов к поставленной цели. Дань уважения безумным мечтам.

В понедельник, 14 сентября 2015 года, детекторы были еще не вполне готовы к измерениям.

Эксперимент планировали начать в 8:оо утра, но первый научный запуск для сбора физических данных, Qi, перенесли на следующую неделю. Во время сбора физических данных детектор остался бы заблокированным, и все это время не допускались бы никакие вмешательства в его работу. Вместо этого было решено продлить время инженерного запуска ER8, предназначенного для тестирования системы и внесения последних изменений в ее работу. Главными приоритетами инженерного запуска были: улучшение стабильности работы детектора, удержание детектора в закрытом состоянии, получение сигналов, оповещающих о регистрации гравитационных волн. Такие сигналы ищутся в потоке данных автоматически с помощью специальных алгоритмов. К этому моменту еще не все было готово для автоматического оповещения партнеров, проводящих одновременно наблюдения с помощью телескопов и спутников, о том, чтобы они попытались обнаружить источник гравитационных волн в оптическом диапазоне. Сами интерферометры были готовы к сбору данных, но на отладку алгоритмов выделили дополнительную неделю, в течение которой допускалось вмешиваться в работу детекторов.

В это время года обычно ветрено, и из-за бури, надвигавшейся то ли со стороны Алеутских островов, то ли с Залива, то ли с полуострова Лабрадор на востоке Канады, уровень колебаний почвы был достаточно высоким. Сотрясения могли привести к остановке эксперимента. Проблемы возникали на обеих площадках, однако на LHO детектор удалось закрыть 13 сентября, ранним воскресным вечером. А вот на LLO тесты проводились до глубокого вечера, и завершены они были только в час ночи в понедельник. В те выходные Рай сражался на LLO с источником радиопомех. Он вспоминает: “К счастью, жена позвала меня домой”. Тесты на LLO продолжались еще какое-то время, но поздно ночью отчаявшиеся экспериментаторы все же решили их прекратить. В понедельник утром интерферометр был наконец закрыт.

Детекторы спокойно записывали данные всего лишь час: в 2:50 утра на LHO и в 4:50 утра на LLO они зафиксировали всплеск. В центре управления каждого из детекторов тогда дежурило по одному оператору, и никто из них ничего не услышал. Сигнал был слишком кратким для того, чтобы его зафиксировало человеческое ухо.

Автоматизированный алгоритм нашел это событие за триста секунд и беспристрастно задокументировал его как стоящее внимания. Но потенциальные “кандидаты в события” появляются довольно часто, поэтому экспериментаторы, проснувшиеся утром в Европе и привычно проверившие поступившие данные, особого внимания на случившееся не обратили. Они спокойно связались по телефону с дежурными в обеих обсерваториях и поинтересовались состоянием установки. Операторы подтвердили: все нормально.

В течение некоторого времени детекторы записывали фоновый шум – до тех пор, пока эксперимент не был остановлен сразу на двух площадках. К тому времени, как Майк Лэндри начал свой рабочий день и проверил записи в журнале, о ночном событии уже поползло множество слухов и домыслов. В первую очередь Майк подумал, что это был так называемый “тестовый сигнал” – ложный сигнал, который без предупреждения добавляют в данные, чтобы проверить готовность эксперимента вовремя реагировать на реальный сигнал гравитационных волн. Несколько разочарованный действиями группы, проводящей инжектирование тестовых сигналов и состоявшей из трех специально отобранных для этих испытаний ученых, Майк подумал: “Что же они творят? Мы еще не готовы”. Как обычно по понедельникам, он отправился в LHO на совещание, начинавшееся в 8:30 утра. Там он встретил одного из членов той группы. Воспользовавшись выпавшим шансом, Майк задал осторожный вопрос: “А что, в нынешней фазе работы эксперимента предусмотрен впрыск ложных сигналов?” Уважая внутренние правила, которые обеспечивают анонимность, он не мог спросить коллегу напрямую. Группа отказалась бы подтверждать или опровергать что-либо. Но он спросил иначе, спросил, достигли ли они уже той стадии работы эксперимента, когда предусмотрено добавление в данные ложных сигналов. Коллега, несколько разволновавшись, коротко ответил: “Нет”.

– Вы проводили тест с ложными сигналами?

– Нет.

– Проводились ли какие-то запланированные тесты?

– Нет.

Может, дело в неточной формулировке? Майк сделал несколько попыток перефразировать свой вопрос, но потом спросил напрямую:

– Так вы проводили хоть какой-то тест?

– Нет.

И Майк подумал тогда: “Значит, это не учебная тревога!” И вот теперь он говорит мне: “Как только я это понял, по спине у меня побежали мурашки”.

В 9:00 Майк присоединился к видеоконференции, еженедельно проводившейся в международном научном сообществе. К этому времени появилось уже немало предположений о природе зарегистрированного сигнала. Джейми Роллинс, например, вспоминает: “Я был настроен весьма скептически”. Стоя перед камерой, Майк пытался дозвониться до Габи Гонсалес в LLO. Наконец он объявил всем участникам конференции:

– Нет, это не было ложным тестовым сигналом!

Алан Вайнштейн из Калифорнийского технологического института попросил:

– Майк… вы не могли бы повторить свои слова?

В середине декабря 2015 года я получила письмо от Дэвида Рейце, директора LIGO. В теме значилось: “КОНФИДЕНЦИАЛЬНОЕ сообщение о LIGO”. Я узнала, что “14-го сентября оба интерферометра LIGO зарегистрировали сигнал, соответствующий слиянию двух черных дыр с массой около тридцати масс Солнца”. Далее там было написано вот что: “В течение последних трех месяцев LSC и Virgo тщательно проверили этот сигнал и пришли к окончательному выводу, что нами сделаны первые прямые измерения гравитационной волны и что мы впервые наблюдали слияние двух черных дыр”. Письмо подписали Дэйв, Рай и Кип. “Подчеркиваем, что никакая информация об этом обнаружении не должна стать достоянием общественности до публикации научной статьи, которая, как мы надеемся, появится в феврале”. Я и не собиралась никому говорить об этом. Но письмо меня поразило. Несколько следующих часов я провела, пытаясь вообразить себе столкновение двух черных дыр, сотрясающее пространство-время и посылающее в нашу сторону звуковой сигнал; я пыталась осознать и поверить.