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

Нобелевский комитет придерживался той же точки зрения. В ноябре 1993 г. Нобелевская премия по физике была присуждена «за открытие нового типа пульсара – открытие, создавшее новые возможности изучения гравитации». Престижную награду разделили Джо Тейлор (в 1981 г. перебравшийся в Принстонский университет) и Рассел Халс [36] Нобелевская премия по физике за 1993 г.: https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1993 ; Нобелевская премия по физике за 1974 г.: https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1974 . .

А Джоэл Вайсберг? Почему он не был включен в число лауреатов? В открытии двойного пульсара он не участвовал, к тому времени, когда Тейлор и Вайсберг открыли эффект волн Эйнштейна, Халс работал в области физики плазмы – в совершенно другой сфере. Он не открывал сужения орбиты пульсаров. Более того, Нобелевская премия может вручаться максимум троим. Вайсберг мог стать третьим лауреатом. Почему его обошли?

По какой-то причине Нобелевский комитет демонстрирует неоднозначное отношение к работам, связанным с пульсарами. В 1974 г., в тот год, когда Халс обнаружил двойной пульсар, комитет отдал половину Нобелевской премии по физике Энтони Хьюишу «за судьбоносную роль в открытии пульсаров». Видимо, под «судьбоносной ролью» следует понимать тот факт, что он нанял студентку, ставшую настоящим автором открытия. Новаторский труд Джоселин Белл даже не был упомянут!

Ныне Вайсберг трудится в Карлтонском колледже в Нортфилде (штат Миннесота) и, хотя не удостоился признания Шведской королевской академии наук, счастлив, что открытие было оценено по достоинству [37] Я взял интервью у Джоэла Вайсберга по телефону 2 августа 2016 г. . Он до сих пор следит за пульсаром Халса – Тейлора, как его теперь принято называть. С годами измерения стали еще более точными. Отклонений от предсказаний Эйнштейна до сих пор не обнаружено. Вайсберг изучает и другие двойные пульсары. На сегодняшний день их открыты десятки. Для астрофизиков это бесплатные гравитационные лаборатории космического базирования: арендуйте радиотелескоп, подключите устройство учета времени и можете работать.

Одной из самых удивительных двойных систем является PSR J0737–3039. Ее открыла в 2003 г. итальянский радиоастроном Марта Бургей [38] Marta Burgay et al., “An Increased Estimate of the Merger Rate Double Neutron Stars from Observations of a Highly Relativistic System” (Марта Бёргей и др. Увеличенная оценка частоты слияний двойных нейтронных звезд в высокорелятивистских системах), Nature 426 (4 декабря 2003): 531–533. при помощи 64-метрового радиотелескопа австралийской радиообсерватории Паркс. Цифры в названии системы – это своего рода небесный адрес: они представляют местоположение пульсара в небе в южном созвездии Кормы. (Первый пульсар, обнаруженный Джоселин Белл, официально называется PSR B1919+21, пульсар Халса – Тейлора в созвездии Орла – PSR B1913+16. Как свидетельствуют номера, они наблюдаются на небе недалеко друг от друга.)

В чем особенность J0737? Это единственная известная система, состоящая из двух пульсаров. Хотя первым открытым двойным пульсаром была двойная нейтронная звезда, импульсы регистрировались лишь от одного компонента системы. В J0737 обе нейтронные звезды наблюдаются как пульсары. Более того, они имеют очень тесную орбиту, следовательно, высокие скорости и сильные ускорения. Это дает возможности более точных измерений и дополнительных перекрестных проверок результатов.

У J0737 есть еще одна необычная особенность. Орбитальная плоскость, в которой кружатся два пульсара, видна нам практически с ребра. Каждые 1,2 часа (это половина орбитального периода) один оказывается позади другого, и его импульс проходит очень близко от ближнего пульсара для наблюдателя с Земли. Из-за сильного гравитационного поля время испытывает гравитационное замедление, и сигналу требуется больше времени, чтобы достичь наших радиотелескопов, чем в отсутствие этого эффекта. Эта задержка – так называемый эффект Шапиро – измерена с высокой точностью. Она именно такова, как предсказывает ОТО.

Ирвину Шапиро не могло прийти в голову, что метод проверки ОТО, названный его именем, будет применен к двойным пульсарам. В 1964 г., когда астрофизик MIT Шапиро описал этот эффект, пульсары еще не были открыты. Шапиро предложил эксперимент, в ходе которого сигналы радара отражались от поверхности Меркурия и Венеры во время верхнего солнцестояния, когда планета оказывается с дальней стороны от Солнца, с точки зрения земного наблюдателя. Сигналам радара пришлось бы проходить через гравитационное поле Солнца. Точные измерения времени прохождения импульсов показали бы величину задержки сигнала.

Первые эксперименты, поставленные Шапиро с коллегами в 1967 г., были не особенно точными, однако задержку удалось измерить, и результаты согласовывались с предсказаниями Эйнштейна. Впоследствии эффект Шапиро был также измерен (гораздо точнее) на коммуникационных радиосигналах космического зонда НАСА «Кассини», находящегося на орбите Сатурна с 2004 г. Самые свежие наблюдения за PSR J0737–3039 позволили добиться еще большей точности.

Другой поразительный двойной пульсар – PSR J1906+0746 был открыт в 2004 г. с помощью радиотелескопа в Аресибо. Он совершает оборот каждые 144 мс, выдавая почти 7 радиоимпульсов в секунду. Ничего особенного! (Постепенно привыкаешь ко всему, даже к существованию сверхплотных звезд размером с мегаполис, вращающихся со скоростью колеса мчащейся машины.) Но в 2008 г. импульсы начали слабеть и к 2015 г. совершенно пропали. Вот это нечто особенное!

Или нет? Затухание сигнала PSR J1906+0746 объясняется ОТО и вызывается геодезической прецессией, известной также как прецессия де Ситтера. Благодаря сильному искривлению пространственно-временного континуума ориентация оси вращения пульсара медленно меняется. (Тот же эффект был обнаружен Gravity Probe B, я рассказывал об этом в главе 3.) Намагниченный космический волчок вихляет. Вследствие этого узконаправленные пучки радиоволн перестают попадать на Землю. Для нас пульсар исчезает. К счастью, он предположительно должен вновь появиться примерно в 2170 г. Будущие радиоастрономы, сделайте пометку в календаре! (Кстати, и геодезическая прецессия, и эффект Шапиро были также обнаружены у пульсара Халса – Тейлора в 1989-м и 2016 г. соответственно.)

Мы прошли долгий путь с того момента, когда «идиотские зеленые человечки» едва не погубили диссертацию Джоселин Белл. Полвека детективной работы астрономов позволили обнаружить свыше 2000 пульсаров в галактике Млечный Путь, в том числе десятки пульсаров в составе систем двойных звезд. Это замечательный материал для астрономов, желающих понять финальные стадии эволюции массивных звезд. Это ценные данные для специалистов по ядерной физике, изучающих поведение материи при экстремальной плотности. Для последователей Альберта Эйнштейна нет лучшего способа раскрыть секреты пространственно-временного континуума, чем работая с этими космическими гравитационными лабораториями.