Блюз черных дыр и другие мелодии космоса

Когда сталкиваются нейтронные звезды, они с высокой долей вероятности образуют черную дыру, хотя в процессе столкновения обломки внешней коры нейтронных звезд могут и отшелушиваться, тем самым уменьшая массу образующегося в результате этой кутерьмы объекта настолько, что вместо черной дыры рождается новая нейтронная звезда. Нейтронные звезды, собственно, не видны в телескоп вплоть до момента их слияния. Но при ударе намагниченные, сверхпроводящие шаровидные сгустки конденсированной ядерной материи разрушаются, излучая гамма-кванты (кванты электромагнитного излучения более высокой энергии, чем видимый свет и чем рентгеновские лучи). Отдельная категория известных, наблюдаемых и хорошо изученных гамма-всплесков (сокращенно GRB) объясняется столкновением нейтронных звезд. Такие всплески наблюдают с помощью спутников. Несмотря на то, что они были зарегистрированы, их пространственное разрешение оставляет желать лучшего. Детекторы гамма-излучения, установленные на спутниках, не позволяют получить пространственную картину взрыва, длительность которого составляет всего доли секунды. Зато они могут отслеживать изменения формы выброса энергии во времени. Обычно за коротким острым пиком следует затухание сигнала, а иногда регистрируется более слабое послесвечение. Сотрудничество между гравитационными обсерваториями и экспериментами по регистрации GRB с помощью спутников заметно расширяет научные перспективы. LIGO может регистрировать последние минуты жизни двойных систем и “рекомендовать” спутникам переориентировать телескопы на поиск ожидаемого гамма-всплеска. (Обратное тоже верно, потому что LIGO сохраняет данные для последующего анализа.) Эта бурно развивающаяся область исследований называется многоканальной астрономией [англ. multimessenger astronomy], поскольку одновременно имеет дело с данными детекторов как электромагнитных, так и гравитационных волн [42].

Взрыв сверхновой, после которого образуется компактный объект, является еще одним потенциальным источником. Раз в несколько веков звезда взрывается достаточно близко к нам, так что мы можем видеть это явление невооруженным глазом, не прибегая к наблюдениям с помощью телескопа. Однако происходит это с гораздо меньшим, чем при столкновении черных дыр, выделением энергии в виде гравитационных волн. Если теория верна, то даже с помощью усовершенствованного детектора LIGO будет трудно услышать взрыв сверхновой звезды за пределами нашей Галактики.

Каждый взрыв сверхновой звучит по-своему, и зависит это от того, как именно в недрах звезды происходит детонация. Этот звук может напоминать и стон кита, и щелчок кнута. Звучание напрямую связано с ускорением масс во время взрыва. В научном сообществе LIGO существует подгруппа, занимающаяся исключительно поиском и анализом взрывов сверхновых – как предсказанных заранее, так и непредвиденных. Хотя имеются желающие поставить на то, что взрывы сверхновых будут одними из первых объектов, обнаруженных с помощью гравитационных детекторов, большинство все-таки думает, что эти события слишком тихие, чтобы быть зарегистрированными за разумное время наблюдения.

Еще одним экзотическим источником гравитационных волн являются одиночные быстро вращающиеся нейтронные звезды. Если поверхность такой звезды является идеально ровной, то в искривленном окружающем ее пространстве-времени гравитационные волны не образуются. Но любая возвышенность на поверхности вращающейся нейтронной звезды, подобно веслу при каждом новом обороте, создает вихри пространства-времени. Звук от вращающихся слегка шероховатых нейтронных звезд представляет собой чистый не модулированный тон. Он не становится ни громче, ни тише. Он не меняет свою частоту. Вращающаяся нейтронная звезда с неровностями на поверхности звучит непрерывно и монотонно.

Момент Большого взрыва, скорее всего, напоминал какофонию, хаос, этакую кутерьму. Гравитационный грохот сотворения Вселенной должен был усредниться, превратившись в безликий белый шум, чисто статическое шипение – к настоящему времени, почти четырнадцать миллиардов лет спустя, очень тихое шипение. Согласно нашему нынешнему пониманию эволюции Вселенной, сразу после Большого взрыва, в первую триллионную триллионной триллионной долю секунды, шум растянулся вместе с инфляцией пространства до почти безмолвного состояния. Да, конечно, Большой взрыв был все же взрывом. Но никто не ожидает, что LIGO услышит его отголоски, поскольку оставшиеся после него гравитационные волны сейчас слишком слабы и находятся под порогом чувствительности детектора LIGO. Однако через несколько десятилетий интерферометр, размещенный в космосе, будет способен зарегистрировать отголоски Большого взрыва – если, конечно, такой эксперимент удастся провести[43].