Складки на ткани пространства-времени. Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии

В проекте РРТА используется только один инструмент – 64-метровая «Тарелка» в Парксе (слово «решетка» относится к массиву пульсаров, а не телескопов). В промежутках между другими программами наблюдения огромный радиотелескоп направляют на два десятка миллисекундных пульсаров и по каждому проводят временны́е измерения продолжительностью в несколько минут. При частоте импульсов, скажем, 200 Гц пять минут – это 60 000 импульсов. Каждый радиоимпульс может длиться около десятой доли миллисекунды и отличаться от других. Но в среднем, имея более 60 000 импульсов, можно определить период пульсаций с точностью порядка 100 нс, или 1/10 000 миллисекунды.

Аналогичные наблюдения ведутся в Европе. В проекте «Европейская решетка для наблюдения за временной динамикой пульсаров» (European Pulsar Timing Array, ЕРТА)[98], начавшемся в 2006 г., участвуют пять радиообсерваторий. Один из инструментов – прославленный 76-метровый телескоп им. Б. Ловелла британской Обсерватории Джодрелл-Бэнк – начал наблюдение за пульсарами в 1969 г., вскоре после эпохального открытия Джоселин Белл. Еще более крупным инструментом является 100-метровая тарелка в германском Эффельсберге. Вестерборкская система апертурного синтеза в Нидерландах – линейка из 14 25-метровых чаш-антенн – работает с пульсарами с 1999 г. Четвертым участником ЕРТА стал гигантский дециметровый радиотелескоп в Нансе в центральной Франции. Наконец, в 2014 г. к коллаборации присоединился недавно построенный 64-метровый радиотелескоп в итальянской Сардинии.

Наблюдение за одними и теми же пульсарами с помощью трех и более телескопов имеет большое преимущество. Если у вас только один телескоп, технический сбой может исказить данные, и вы об этом даже не узнаете. При наличии двух телескопов вы по крайней мере заметите непорядок, поскольку два инструмента дадут разные результаты, но не будете знать, с каким из них возникла проблема. С тремя вы застрахованы от неприятностей. Пять европейских телескопов сильно отличаются конструктивно, и объединить их базы данных непросто. Но к настоящему моменту европейские исследователи пульсаров стандартизировали хронометрическое оборудование и усовершенствовали процесс измерений.

С 2007 г. два больших американских радиотелескопа – гигантская тарелка Аресибо в Пуэрто-Рико и 100-метровый телескоп Грин-Бэнк в Западной Вирджинии – официально работают вместе, наблюдая за временны́ми параметрами решетки пульсаров. Североамериканская наногерцовая гравитационно-волновая обсерватория (NANOGrav), как был назван этот проект, объединяет несколько десятков радиоастрономов из 15 университетов и институтов. Три группы (РРТА, ЕРТА и NANOGrav) действуют в тесном сотрудничестве в рамках коллаборации International Pulsar Timing Array, IPTA[99].

Несколько лет назад радиоастрономы еще питали тайную надежду найти прямые доказательства существования волн Эйнштейна раньше физиков LIGO и Virgo. В 2010 г. и 2011 г. два лазерных интерферометра закрылись на масштабную реконструкцию. На тот момент они не обнаружили гравитационных волн, и усовершенствованные детекторы должны были вернуться в строй не ранее 2015 г. и 2016 г., тогда как наблюдения за пульсарами не прерывались. В 2013 г. главный исследователь NANOGrav Ксавье Сименс и его коллеги даже опубликовали в Classical and Quantum Gravity оптимистичную статью, начинавшуюся утверждением, что «регистрация возможна в течение десятилетия и может произойти уже в 2016 г.».

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!