Складки на ткани пространства-времени - Говерт Шиллинг

Если Паркс в Новом Южном Уэльсе кажется вам маленьким городком с неказистым центром, добро пожаловать в Мерчисон в Западной Австралии на другой стороне континента. Это просто горстка хаотично расположенных домов с единственным магазином, он же бар и автозаправка. Несколько десятков человек живут здесь на бывшей территории племени аборигенов ватярри яматджи. Еще несколько человек фермерствуют дальше в буше. Весь Мерчисоншир занимает площадь примерно со штат Мэриленд, а население составляет 110 человек. Это рай для радиоастрономов.

Возле гигантского ранчо Буларди-Стейшн австралийские астрономы установили в пустыне на огромном пространстве 36 12-метровых тарелок. Это Австралийский целеуказатель Решетки в квадратный километр, сокращенно ASKAP[102]. Строительство радиотелескопов было завершено в 2012 г. Монтаж чувствительных фидеров фазированной антенной решетки занял еще около двух лет. Первые научные наблюдения (с участием только 11 тарелок) астрономы провели весной 2016 г.

Недалеко от ASKAP находится еще один телескоп-целеуказатель SKA – «Мерчисонский массив широкого поля» (Murchison Widefield Array, MWA)[103]. Он вообще не похож на радиообсерваторию. MWA состоит из многих десятков антенных полей, или ячеек. Каждая ячейка включает 16 похожих на паука дипольных антенн высотой не более 50 см. Впервые эта система была применена в телескопе «Низкочастотная антенная решетка» (Low-Frequency Array, LOFAR) в Нидерландах. ASKAP и MWA дополняют друг друга: ASKAP – один из самых быстрых радиотелескопов в мире, способный обследовать обширные области Вселенной, а MWA ориентирован на поиск низкочастотных космических радиоволн, излученных всего через несколько сот миллионов лет после Большого взрыва.

Этот далекий пустынный регион был выбран за исключительную радиотишину. Здесь строго запрещается пользоваться сотовыми телефонами. Пост управления ASKAP имеет металлический кожух, не выпускающий наружу радиоволны, создаваемые компьютерами и электроникой внутри здания. Одним из главных источников радиопомех являются самолеты, поэтому радиоастрономы стараются добиться переноса некоторых воздушных коридоров. Земля здесь плоская, горячая и сухая – безбрежная равнина красного песка и кустарников, населенная комарами, хищными птицами и кенгуру.

Через несколько лет Мерчисонская радиообсерватория станет ядром австралийской части Решетки в квадратный километр. Опираясь на опыт работы с MWA, астрономы построят десятки тысяч более крупных дипольных антенн, напоминающих рождественскую ель в рост человека. Они будут сгруппированы в круглые станции, распределенные по многим сотням километров красной австралийской пустыни. Соединенные оптоволокном и подключенные к гигантскому суперкомпьютеру в Перте, антенны станут самым чутким низкочастотным «ухом» в истории.

Тем временем в Грейт Кару – полупустынной области в Южной Африке к северо-западу от городка Карнарвон – уже действуют два целеуказателя SKA. «Решетка для изучения эпохи вторичной ионизации водорода», или «Гера» (Hydrogen Epoch of Reionization Array, HERA), состоит из 19 простых 14-метровых тарелок из проволочной сетки[104]. Массив расширяется и к концу 2018 г. будет включать около 350 тарелок. MeerKAT – это массив из 64 13,5-метровых радиотелескопов. Проект войдет в первый этап строительства среднечастотной части SKA.

В свое время здесь будут синхронно работать многие сотни радиоантенн, изучая радиогалактики и квазары, происхождение и эволюцию галактик, остатки сверхновых и добиотические молекулы в космосе, а также, конечно, пульсары. Решетка в квадратный километр (особенно ее южноафриканская часть) благодаря невероятной чувствительности откроет новую эпоху в измерении временны́х характеристик массива пульсаров.

SKA, предположительно, сыграет ведущую роль еще в одной сфере гравитационно-волновых исследований – идентификации источников волн. Слабейшие возмущения пространственно-временного континуума, которые «почувствовали» радиотелескопы, очень многое могут рассказать о таких космических катастрофах, как взрывы звезд и слияния нейтронных звезд. Но ученые всегда хотят большего. И это естественно! Если у вас под ногами задрожит земля, вы обязательно оглядитесь в поисках причины и чем больше зацепок найдете, тем лучше. Поэтому астрономы охотятся за так называемыми электромагнитными проявлениями источников гравитационных волн, сочетая возможно больше наблюдений. Они надеются, что радиообсерватории и оптические инструменты с быстрым откликом сумеют «увидеть» события, ставшие первопричиной волн Эйнштейна.

Здравствуй, многоканальная астрономия!

Обсерватория Роке-де-лос-Мучачос на острове Ла-Пальма Канарского архипелага – одно из самых очаровательных мест, в которых я побывал. Ла-Пальма – это гора-вулкан, вздымающаяся на 2423 м над водами Атлантического океана в области марокканского побережья[105]. Обсерватория примостилась на северном склоне огромной кальдеры. От портового города Санта-Крус-де-ла-Пальма опасный серпантин с десятками крутых виражей ведет к усеянной камнями вершине, где нередко оказываешься выше облаков. Кажется, что стоишь на вершине мира прямо под звездами.

Поздно вечером в пятницу 28 февраля 1997 г. один из куполов обсерватории неожиданно пришел в движение. Телескоп Уильяма Гершеля диаметром 4,2 м должен был наблюдать за частью неба в созвездии Змеи, но стал смещаться дальше на запад, нацеливаясь на область очень низко над горизонтом. Штатный астроном Джон Телтинг сделал несколько снимков маленькой зоны в северо-западной части созвездия Орион. Той же ночью цифровые изображения были отправлены по интернету в Амстердамский университет. Вскоре студенты-дипломники Пауль Гроот и Титус Галама совершили прорыв в перспективной сфере астрономии – в изучении гамма-всплесков.

Эта книга посвящена гравитационным волнам, а не гамма-всплескам, но, как вы скоро узнаете из этой главы, две темы очень тесно связаны. Эта история важна еще и тем, что показывает, зачем астрономам быстрые дополняющие наблюдения краткосрочных феноменов. Итак, я очень коротко расскажу о гамма-всплесках[106].