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

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] Govert Schilling, Flash! The Hunt for the Biggest Explosions in the Universe (Говерт Шиллинг. Вспышка! Погоня за самыми мощными взрывами во Вселенной) [Cambridge: Cambridge University Press, 2002]; Jonathan I. Katz, The Biggest Bangs: The Mystery of Gamma-Ray Bursts, the Most Violent Explosions in the Universe (Джонатан И. Кац. Самые большие взрывы: Загадка гамма-всплесков, мощнейших взрывов во Вселенной) [Oxford: Oxford University Press, 2002]. .

В конце 1960-х гг. в данных американских разведывательных спутников Vela были обнаружены необъяснимые выбросы высокоэнергетического рентгеновского излучения. Только через 10 лет астрономы убедились в космическом происхождении этих коротких вспышек. Прошло еще около десятилетия, и в апреле 1991 г. НАСА вывело на орбиту гамма-обсерваторию Комптон. Одной из ее задач было собрать как можно больше данных о загадочных космических импульсах и узнать, что они из себя представляют. (Космическое высокоэнергетическое рентгеновское излучение невозможно наблюдать на Земле, поскольку, к счастью, эта смертельная радиация поглощается атмосферой нашей планеты.)

Раскрыть тайну гамма-всплесков оказалось гораздо труднее, чем предполагалось. Как и следовало ожидать, детектор обсерватории Комптон «Инструмент для исследования вспышечных и транзиентных событий» (Burst and Transient Source Experiment, BATSE) за несколько лет зарегистрировал много сотен всплесков, но определить их положение в небе с высокой точностью, не говоря уже о дистанции до них, оказалось невозможно. Кроме того, короткие вспышки – некоторые продолжительностью в малую долю секунды – происходили где угодно, без какой-либо системы. По их распределению нельзя было судить, что это – относительно слабые источники недалеко от нас (столкновения астероидов или взрывы на поверхности ближних звезд) или исключительно мощные события в далеких галактиках.

Все изменилось с запуском итало-голландского спутника BeppoSAX в апреле 1996 г. Кроме измерителя гамма-излучения, маленький спутник был оборудован рентгеновскими телескопами. Замысел ученых состоял в следующем: любой взрыв в космосе сопровождается чрезвычайно кратким выбросом высокоэнергетического гамма-излучения, но рентгеновские лучи более низких энергий, возможно, излучаются дольше. Более того, рентгеновский телескоп может гораздо точнее нацелиться на точку в небе, где происходит всплеск. Если информацию о нем достаточно быстро передать астрономам на Земле, то, вероятно, удастся найти его «послесвечение» в радиодиапазоне или даже оптическое проявление.

Поэтому, узнав, что BeppoSAX зарегистрировал всплеск, Пауль Гроот и Титус Галама должны были действовать максимально быстро. Официально они не имели права использовать информацию ни для чего, кроме радионаблюдений. Более того, британско-голландский телескоп Уильяма Гершеля, оптический инструмент, той ночью должен был выполнять другие наблюдения. Гроот и Галама не смогли связаться со своим научным руководителем Яном ван Парадейсом, и Гроот в конце концов решил нарушить правила. Он позвонил Джону Телтингу на Ла-Пальму и попросил сфотографировать область в северо-западной части Ориона, указанную BeppoSAX.

Вскоре оптическое проявление было обнаружено. Стало очевидно, что гамма-всплеск произошел в очень далекой галактике, в миллиардах световых лет. Это означало, что выделенная энергия взрыва колоссальна – гамма-всплески являются одними из самых высокоэнергетических событий, наблюдаемых во Вселенной. Следствием революционного открытия стало появление нового научного направления – астрофизики высоких энергий. Особое значение в нем приобрело безотлагательное дополняющее наблюдение эпизодических и краткосрочных космических феноменов.

Быстрый отклик уже стал в астрономии обыденностью, и во многих случаях он полностью автоматизирован. Через считаные минуты после того, как гамма- или рентгеновский спутник наблюдает интересное явление, похожее на всплеск, маленькие наземные роботы-телескопы начинают фотографировать подозрительную область неба в поисках видимого проявления. Более крупные телескопы обычно не способны отреагировать настолько оперативно, но и они иногда прерывают текущие программы наблюдения, чтобы помочь найти «виновника».

Сигналы гравитационных волн не исключение. 17 сентября 2015 г. VST – Обзорный телескоп комплекса европейского «Очень большого телескопа» на Сьерро-Паранал в северной части Чили – начал обшаривать южное небо в поисках оптического проявления гравитационно-волнового сигнала, зарегистрированного LIGO тремя днями ранее. Как описывалось в главе 11, автоматическая система оповещения еще не действовала, но пресс-секретари LIGO и Virgo Габриэла Гонсалес и Фульвио Риччи сообщили астрономам, куда смотреть, подобно тому как Пауль Гроот и Титус Галама указали своему коллеге на Ла-Пальме, где искать возможное оптическое проявление гамма-всплеска [107] Я взял интервью у Пауля Гроота в Университете Радбауд в Неймегене (Нидерланды) 14 июля 2016 г. .

Наряду с островом Ла-Пальма из группы Канарских островов север Чили – одно из лучших мест в мире для оптической астрономии. Сьерро-Паранал – это отдаленная бесплодная гора в составе чилийской Береговой Кордильеры примерно в 130 км к югу от портового города Антофагаста. Когда я впервые побывал в этой обсерватории в 1998 г., добраться туда можно было только по разбитой гравийной дороге, протянувшейся на 80 км через потусторонний марсианский ландшафт. С тех пор дорогу замостили камнем, но пейзаж остался прежним [108] Я посещал обсерваторию ESO Паранал на севере Чили в 1998 г., 1999 г. (при финансовой поддержке Европейской южной обсерватории, ESO), 2004 г., 2007 г. (на средства ESO и Нидерландской исследовательской школы астрономии, NOVA), 2010 г. (в качестве гида-экскурсовода SNP Natuurreizen), 2012 г. (при финансовой поддержке ESO), а также в 2015 и 2017 гг. (в качестве гида-экскурсовода нидерландского ежемесячника New Scientist ). . Там снимались финальные сцены фильма 2008 г. о Джеймсе Бонде «Квант милосердия».