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

MeerLICHT фактически сводит к нулю время отклика при поиске электромагнитных проявлений. MeerLICHT – это относительно небольшой, 65-сантиметровый, автоматический телескоп, установленный в южноафриканской обсерватории Сазерленд. Он запрограммирован всегда смотреть точно в том же направлении, что и MeerKAT – одна из южноафриканских обсерваторий-целеуказателей в составе SKA примерно в 250 км дальше на севере. Если радиотелескопу удастся наблюдать радиовсплеск (или другой транзиентный источник) с достаточно ярким оптическим проявлением, чтобы быть видимым, робот-телескоп автоматически сделает снимок. Когда важна скорость, самое лучшее – действовать одновременно.

Казалось бы, это многообещающая стратегия обнаружения оптических проявлений гравитационных волн. Однако трудно добиться, чтобы оптический телескоп всегда смотрел в одном направлении с такими детекторами волн Эйнштейна, как LIGO и Virgo. Дело в том, что LIGO и Virgo имеют неизбирательную чувствительность – они зарегистрируют достаточно сильные гравитационные волны независимо от того, с какой стороны они пришли на Землю. И разумеется, чувствительные оптические телескопы не могут постоянно осматривать все небо. Поле зрения телескопа обычно намного меньше видимого размера полной Луны, поэтому астрономам приходится мириться с невозможностью одновременно смотреть во все стороны.

Очевидное решение – система оповещения, разработанная для LIGO и Virgo. Как только зарегистрирована вероятная гравитационная волна, астрономам сообщают, в каком направлении искать ее источник, чтобы они могли задействовать телескопы и космические обсерватории. В принципе, все это можно автоматизировать. Потоки данных лазерного интерферометра постоянно проверяются алгоритмами регистрации. Если сигнал настолько сильный, что требует дальнейшего анализа, – как в случае GW150914 и GW151226, – примерное местоположение его источника в небе можно вычислить. Результаты рассылаются по интернету всем наблюдателям, заключившим официальное соглашение с коллаборацией LIGO – Virgo. Если они используют робот-телескоп, то первые изображения возможного электромагнитного проявления можно получить в течение нескольких минут после регистрации волны Эйнштейна.

_________

Астрономы много размышляли о том, какими именно электромагнитными проявлениями может сопровождаться гравитационная волна и сколько времени они могут быть видимыми. Чтобы ответить на этот вопрос, сначала нужно узнать, какие космические события порождают наблюдаемые гравитационные волны.

Существующие лазерные интерферометры восприимчивы к гравитационным волнам частотой примерно от 10 до 1000 Гц. Такие волны излучаются главным образом при столкновениях и слияниях нейтронных звезд и ЧД. Эти события «видимы» для LIGO и Virgo на больших расстояниях. Со временем, когда усовершенствованные детекторы достигнут полной проектной чувствительности, они смогут наблюдать слияния нейтронных звезд на расстоянии до нескольких сотен миллионов световых лет. В случае столкновения нейтронной звезды и ЧД это расстояние намного превышает миллиард световых лет, поскольку ЧД более массивна. Слияние двух достаточно массивных ЧД можно наблюдать с дистанции до нескольких миллиардов световых лет.

Что можно надеяться увидеть в оптический телескоп или наблюдать в инфракрасном, рентгеновском и радиодиапазоне? Это зависит от обстоятельств. При «чистом» слиянии ЧД не будет никакого электромагнитного излучения. Это событие – «шторм в ткани пространства-времени», говоря словами Кипа Торна. Нет никакого вещества: атомов, молекул – ничего, что могло бы испускать какое бы то ни было излучение. Слияние ЧД может сообщить о себе Вселенной только в форме гравитационных волн.

Поэтому охотники за электромагнитными проявлениями были немного разочарованы тем, что источником GW150914 стали две соединившиеся ЧД. В области столкновения этих космических объектов могло присутствовать некоторое количество материи в форме межзвездного газа и пыли, но немного, с учетом колоссального притяжения двух ЧД. В отсутствие материи, которая могла бы нагреться или стать средой для ударных волн, событие едва ли сопровождалось доступным для регистрации электромагнитным излучением (но астрономы все равно искали электромагнитные проявления).