Говерт Шиллинг - Складки на ткани пространства-времени [Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии] [litres]

Образование сверхновой – мощное явление. Катастрофический взрыв может давать больше света, чем все звезды в галактике вместе взятые, в течение нескольких недель. Я никогда не забуду сверхновую 1987А, взорвавшуюся в конце февраля указанного года в южной части неба. Три месяца спустя я впервые приехал в Европейскую южную обсерваторию в Чили. Затухающий свет взрыва звезды до сих пор был хорошо виден невооруженным глазом – впечатляюще, если учесть, что это произошло на расстоянии 167 000 св. лет.

Думаю, вы бы не захотели, чтобы поблизости взорвалась сверхновая – ее высокоэнергетическое излучение сдуло бы земную атмосферу и убило все живое на планете. К счастью, это относительно редкое событие. Последнее, наблюдавшееся в нашей Галактике, имело место в 1604 г. и произошло на безопасном расстоянии порядка 20 000 св. лет.

Итак, нейтронные звезды, которые будут очень важны в нашем рассказе о гравитационных волнах, – это причудливые останки погибших звезд-гигантов. (Что касается причудливости, мы пока лишь пробежались по верхам. Далее вы узнаете намного больше.) Образование нейтронной звезды сопровождается одним из самых колоссальных взрывных событий во Вселенной – сверхновой. В главе 6 я расскажу, как наблюдения за нейтронными звездами в 1970-х гг. подтвердили существование волн Эйнштейна задолго до того, как мельчайшее волнение пространственно-временного континуума было непосредственно зарегистрировано.

Я совсем забыл о яблочном пироге Карла Сагана! Прошу прощения, увлекся захватывающей эволюцией звезд. Конечно, слова Сагана из сериала «Космос» – «Если вы хотите приготовить яблочный пирог с самого начала, то должны прежде всего изобрести Вселенную» – относятся к эволюции космоса. Если бы не образование галактик, рождение звезд, планетарные облака и взрывы сверхновых, яблочный пирог так и не удалось бы испечь.

Как мы узнаем в главе 9, Вселенная началась с первичного супа из элементарных частиц. Через несколько сотен тысяч лет из них образовались простые атомы водорода и гелия. Если бы не было эволюции звезд и ядерные топки космоса не зажглись, водородом и гелием все бы и ограничилось. Не разгуляешься!

Яблочные пироги – как и стулья, кошки и ключи от автомобилей – в больших количествах содержат более тяжелые элементы. Углерод, кислород и азот. Натрий, кальций и фосфор. Магний, алюминий и железо. И все они были выпечены в недрах звезд за минувшие 13,8 млрд лет эволюции космоса. В совокупности они составляют едва ли 1 % общей атомной массы Вселенной, но эта малость все меняет.

Выброшенные взрывом, эти элементы медленно распространялись в межзвездном пространстве. Малое количество еще более тяжелых атомов, например меди, цинка, золота и урана, возникли в мешанине остатков сверхновых или при катастрофических столкновениях нейтронных звезд. Облака газа обогатились сложными молекулами и частицами пыли. Новые поколения звезд оказались окружены планетами, и на некоторых было достаточно тепло, чтобы вода находилась в жидком состоянии. Во всяком случае, на один из таких каменистых миров пролились дождем молекулы, содержащие углерод, и постепенно были структурированы в первые живые организмы. Через несколько миллиардов лет планета породила пшеницу, сахарный тростник и яблони – обязательные ингредиенты яблочного пирога.

И людей.

То, что верно для яблочных пирогов, справедливо в отношении вас и меня. На мой взгляд, это самое прекрасное, что может поведать наука: тот факт, что углерод у вас в мышцах, кальций в костях, железо в крови и фосфор в ДНК – все это было синтезировано в ходе реакций термоядерного синтеза отдаленных светил. Как пела канадская фолк-исполнительница Джони Митчелл в балладе «Вудсток» 1969 г., «мы звездная пыль – миллиардолетний углерод».

Жизнь звезд непосредственно связана с нашей с вами жизнью.

Мы и космос едины.

«Пульсар» – американский часовой бренд, компания-производитель которого входит в Seiko Watch Corporation. В 1972 г. она создала первые часы с ЖК-экраном. Электронные. Цифровые. Очень крутые (имейте в виду, это было 45 лет назад).

«Пульсар» – это и модель хэтчбека, выпущенная в 1978 г. японским автомобилестроительным концерном «Ниссан». Так же называются популярный спортивный мотоцикл индийской компании Bajaj Auto Ltd. и британский производитель высокотехнологичного осветительного оборудования, собирающий приборы ночного видения в Литве.

До 1967 г. слова «пульсар» не существовало. Оно было впервые употреблено в английской газете Daily Telegraph весной 1968 г. в статье, посвященной не часам, автомобилям, мотоциклам, лампам или приборам ночного видения, а поразительному открытию астрономов. Через 10 лет это открытие привело к первой непрямой регистрации гравитационных волн.

В главе 5 вы познакомились с нейтронными звездами. Это останки сверхновых – трупы массивных звезд, погибших в самоубийственном взрыве. Очень маленькие и невероятно плотные, нейтронные звезды – одни из самых своеобразных обитателей Вселенной. Их существование было предсказано в 1934 г. Вальтером Бааде и Фрицем Цвики, двумя европейскими астрономами, эмигрировавшими в Соединенные Штаты, как и Эйнштейн [33] Идея о возможном существовании сверплотных звезд была выдвинута в работе советского физика Льва Ландау в 1931 г., еще до открытия нейтрона в 1932 г. Джеймсом Чедвиком. – Прим. науч. ред. .

Взрывы сверхновых должны были происходить в нашей Галактике в течение миллиардов лет. Поэтому в 1960-х гг. астрономы прекрасно знали, что в Млечном Пути находятся десятки миллионов нейтронных звезд, но не могли найти ни одной. Это неудивительно. Хотя поверхность новорожденной нейтронной звезды является невероятно горячей, ее площадь – всего несколько сотен квадратных километров. Совокупное высокоэнергетическое излучение относительно слабо. Даже находящуюся рядом нейтронную звезду было бы трудно обнаружить.

Поэтому стало неожиданностью открытие, сделанное 24-летней студенткой-дипломницей Джоселин Белл [34] Воспоминания Джоселин Белл об открытии пульсаров: http://www.bigear.org/vol1no1/burnell.htm . . Уроженка Северной Ирландии, Белл работала в английском Кембриджском университете под руководством радиоастронома Энтони Хьюиша. В 1960-х гг. радиоастрономия, изучающая длинноволновое излучение изо всех уголков Вселенной, была относительно новой сферой научной деятельности, и открытия совершались постоянно.

Радиотелескоп, в построении которого участвовала Белл, представлял собой конструкцию из деревянных опор, соединенных проводами, – нечто вроде телевизионной антенны старого типа, но намного больше. Недорогая система ловила космические радиоволны и каждый день выдавала около 30 м записей самописца, напоминающих данные сейсмографа.