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

Один астроном, впоследствии разделивший Нобелевскую премию за работы, связанные с волнами Эйнштейна, не присутствовал на 5-й Кембриджской конференции по релятивизму в июне 1974 г. и даже не знал о полемике вокруг антенн Вебера. Двадцатитрехлетний Рассел Халс наблюдал пульсары в радиообсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико, работая над докторской диссертацией. Тем летом он сделал открытие, повлекшее за собой первое (косвенное) доказательство существования гравитационных волн.

Прежде чем мы перейдем к этой истории, вы должны узнать, что такое нейтронные звезды. Прослушайте ускоренный курс астрофизики.

5 Как живут звезды

Вы знаете, кто такой Карл Саган – ученый-планетолог, популяризатор астрономии и ведущий сериала «Космос: персональное путешествие», выходившего на канале PBS в 1980 г.? Если вас тогда еще на свете не было, поищите в Google – этот сериал стоит посмотреть[32].

Девятая серия начинается с замедленной съемки крупным планом приготовления яблочного пирога в сопровождении классической музыки. Официант во фраке несет пирог на серебряном блюде через столовую Кембриджского университета и подает Сагану, сидящему за красиво накрытым столом. Когда пирог ставят перед ним, Саган смотрит в камеру и говорит: «Если вы хотите приготовить яблочный пирог с самого начала, придется прежде всего изобрести Вселенную».

Совершенно справедливо! Не будь Большого взрыва, не было бы галактик, звезд и планет, не говоря уже об яблочных пирогах. Все вокруг нас имеет свою историю. Стулья, кошки или ключи от машины – чтобы действительно изучить их, нужно узнать, откуда они взялись.

Это относится и к нейтронным звездам. Перефразируя замечание Сагана, если вы хотите знать, что такое нейтронная звезда, сначала нужно познакомиться с эволюцией звезд. Ведь нейтронная звезда, в сущности, труп звезды. Мы должны хорошо понимать особенности нейтронных звезд, чтобы продолжить разговор о гравитационных волнах, поэтому я собираюсь прочесть вам вводный курс о жизни звезд. К яблочному пирогу Сагана мы еще вернемся.

Звезды – важные объекты хотя бы потому, что дают энергию живым организмам. Например, жизнь на Земле всецело зависит от энергии Солнца. Без солнечной энергии Земля была бы темным обледенелым каменным шаром. Ничто не смогло бы выжить на ней.

Если мы настолько зависим от Солнца, полезно разобраться, как оно функционирует и из чего состоит. Откуда берется его энергия? Насколько ее хватит? Что произойдет, если Солнце погибнет? Астрономы узнали ответы на эти вопросы менее 100 лет назад, ведь невозможно изучить Солнце в лаборатории или рассмотреть образец солнечной материи под микроскопом.

Неудивительно, что в начале промышленной революции возникла идея, будто Солнце состоит из угля – нового чудесного источника энергии. Если как следует нагреть это черное вещество, оно начнет светиться. Ученые XIX в. придерживались несколько более реалистичных взглядов, полагая, что Солнце, возможно, медленно сжимается или его постоянно бомбардируют метеориты. При обоих процессах выделялась бы энергия.

Они ошибались. Солнце не сжимается. Наоборот, оно увеличивается в размерах, хотя и чрезвычайно медленно. Метеориты и даже кометы то и дело врезаются в Солнце, но скорость соударений слишком мала, чтобы обеспечить столько тепла и света. Что касается угля, если бы Солнце было своего рода угольной электростанцией, то его едва хватило бы на 6000 лет. Несмотря на соответствие представлениям некоторых креационистов о мироустройстве, это значительно меньше 2 млн лет существования земной жизни.

Сесилия Пэйн заинтересовалась астрономией в 19 лет, узнав об экспедиции Артура Эддингтона (которая наблюдала солнечное затмение и подтвердила ОТО Эйнштейна, о чем вы читали в главе 3). Четыре года спустя она уехала из Англии, получив первую степень доктора философии в области астрономии в Рэдклиффском колледже и место стипендиата-исследователя Гарвардской обсерватории. В диссертации, защищенной в 1925 г., она доказала, что Солнце состоит преимущественно из водорода, самого простого элемента в природе. Поскольку то же самое должно относиться и к другим звездам, Пэйн фактически открыла состав Вселенной. Поразительно, что большинству людей не знакомо ее имя.

Теперь мы знаем, что Солнце на 71 % состоит из водорода, на 27 % – из гелия (второго по простоте элемента) и лишь на 2 % – из более тяжелых элементов. Фактически Солнце – огромный шар горячего газа. Возможно, огромный – сказано слишком слабо, здесь уместнее слово чудовищный: 1,4 млн км в поперечнике – сто с лишним диаметров Земли. Если бы Солнце было размером с большой надувной мяч, то Земля, соответственно, ужалась бы до шарика, которым играют в рулетку; будь оно пустым, как надувной мяч, то вместило бы больше 1,3 млн голубых шариков величиной с Землю. Впечатляюще!