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

Очевидно, этого не произошло. Коллаборации LIGO и Virgo поразили мир первой серией открытий. 12 февраля 2016 г., всего через день после пресс-конференции, посвященной GW150914, на сайте IPTA появилось сообщение:

International Pulsar Timing Array (IPTA) поздравляет коллег из LIGO и Virgo с эпохальным открытием. Первая прямая регистрация гравитационных волн – действительно грандиозное научное и технологическое достижение, заслуживающее широкого признания… IPTA постоянно повышает свои возможности регистрации гравитационных волн наногерцового диапазона, прежде всего образованных сближением по спирали двойных сверхмассивных черных дыр. Мы с нетерпением ждем момента, когда тоже будем иметь честь объявить о регистрации гравитационной волны, но сегодня поднимаем бокалы за потрясающий успех LIGO!

Оптимизм не утрачен. В марте 2016 г. Стивен Тейлор из ЛРД вместе с коллегами представил новый анализ, оценивающий вероятность регистрации наногерцовых гравитационных волн в течение десятилетия в 80 %.

Следует иметь в виду, что все расчеты строятся на теоретических моделях. Сила гравитационно-волнового фона зависит от большого числа допущений. Модели и допущения могут быть ошибочными. В галактиках действительно имеются сверхмассивные ЧД, галактики действительно сталкиваются и сливаются, но дьявол скрывается в деталях. Каково распределение масс сверхмассивных ЧД – иначе говоря, сколько их приходится на определенный диапазон масс? Как развиваются галактики и сверхмассивные ЧД? Насколько часто галактики сталкиваются? Если слияния происходили чаще в отдаленном прошлом (что очень вероятно), как именно снижается частота слияний со временем?

Другие неопределенности связаны с событиями, происходящими после столкновения. Сколько времени нужно, чтобы две сверхмассивные ЧД под действием гравитации «просочились» в центр возникшей в результате слияния галактики? Окажутся ли они достаточно близко друг к другу, чтобы излучить доступные для регистрации гравитационные волны? Все это зависит от того, как именно ЧД взаимодействуют с отдельными звездами и облаками газа в центральной области галактики, но мы об этом практически ничего не знаем.

Надежды на регистрацию гравитационно-волнового фона могут оказаться беспочвенными по многим причинам. Возможно, в молодой Вселенной возникло меньше сверхмассивных ЧД, чем мы думаем, или галактики сливаются реже, чем принято считать. А может быть, сверхмассивным ЧД нужны миллиарды лет, чтобы оказаться достаточно близко друг от друга. Миллионы слияний могут «забуксовать». Финальная фаза сближения может быть гораздо скоротечнее, чем в теории. Возможно сочетание нескольких факторов.

В то же время временны́е измерения решетки пульсаров – пусть пока с нулевым результатом – дают ценные фрагменты общей картины. Сила гравитационно-волнового фона снабжает астрономов важной информацией об эволюции галактик и сверхмассивных ЧД. Благодаря программам продолжительностью в несколько десятилетий теоретики сегодня располагают экспериментальными данными для проверки своих гипотез. Некоторые теоретические модели эволюции галактик путем слияния уже опровергнуты, поскольку предсказывали существование настолько сильных наногерцовых волн, что их уже должны были зарегистрировать. Если наногерцовые волны будут обнаружены в ближайшем будущем, их характеристики многое расскажут о процессах в дальних областях Вселенной и в ядрах сливающихся галактик.

На сегодняшний день астрономы, изучающие пульсары, продолжают кропотливый труд. Примерно каждые две недели они обследуют десятки миллисекундных пульсаров, пополняя базу данных. Медленно, но верно, год за годом, повышается чувствительность инструментов. Никто не сомневается, что когда-нибудь поиск увенчается успехом. Это, однако, будет не революционная регистрация, как у LIGO, а следствие постепенно растущей уверенности.

Перенесемся в 2030 г. Инструменты прошлого выведены из эксплуатации. Аресибо, Паркс, Грин-Бэнк – все эти обсерватории 10 лет назад столкнулись с финансовыми проблемами, поскольку государственные финансовые институты решили направить средства на другие цели. Гигантские радиотелескопы превратились в музеи под открытым небом, памятники культурного, промышленного и научного наследия. Их посты управления стали популярными центрами научного просвещения, куда зачастили группы школьников. Огромные тарелки поддерживают в рабочем состоянии волонтеры из местных астрономических клубов и организаций любительской радиосвязи.

В Европе наблюдается похожая ситуация, хотя некоторые радиотелескопы, участвовавшие в первоначальном проекте EPTA, еще используются профессиональными астрономами. На северо-востоке Нидерландов Вестерборкская система апертурного синтеза только что отметила 60-летие. Маленькая выставка на ее территории рассказывает о самых важных астрономических открытиях обсерватории, в том числе о получении еще в 1970-х гг. первого убедительного свидетельства существования темной материи в галактиках. Последний стенд посвящен регистрации наногерцовых волн Эйнштейна в начале 2020-х гг., состоявшейся благодаря объединению пяти обсерваторий ЕРТА в один «виртуальный» телескоп диаметром почти 200 м. Проект «Большая европейская решетка для изучения пульсаров» (Large European Array for Pulsars, LEAP), стартовавший за несколько лет до этого, наконец добился скачкообразного роста точности, необходимого для достоверного измерения гравитационно-волнового фона [100] Большая европейская решетка для наблюдения за пульсарами (LEAP): http://www.epta.eu.org/leap.html . .

Изучение пульсаров стало процветающей ветвью астрономии. В Млечном Пути открыто порядка 20 000 пульсаров – около 10 % имеющихся. Среди них более тысячи миллисекундных; у самого быстрого фантастическая угловая скорость – 1130 оборотов в секунду. Число известных планет на орбитах пульсаров увеличилось до 34, они относятся к 14 системам. Двойных пульсаров множество. Одна из двойных систем, открытая в 2027 г., приковала всеобщее внимание своей близостью, чрезвычайно коротким периодом обращения и стремительным сокращением орбиты. Лазерно-интерферометрическая космическая антенна, которая скоро будет запущена в космос, должна поймать слабый сигнал гравитационной волны средней частоты, излученной этими двумя небесными телами на общей орбите.

В Международном центре изучения пульсаров им. Джоселин Белл наногерцовые гравитационные волны также постоянно исследуются. Программа IPTA на сегодняшний день следит примерно за 500 миллисекундными пульсарами. Точность измерений возросла до порядка 10 наносекунд. Помимо фона с выраженными характеристиками, было открыто и локализовано пять самостоятельных источников волн чрезвычайно низкой частоты – двойных систем сверхмассивных ЧД в галактиках, находящихся в центральных областях близлежащих скоплений.