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

По какой-то причине Нобелевский комитет демонстрирует неоднозначное отношение к работам, связанным с пульсарами. В 1974 г., в тот год, когда Халс обнаружил двойной пульсар, комитет отдал половину Нобелевской премии по физике Энтони Хьюишу «за судьбоносную роль в открытии пульсаров». Видимо, под «судьбоносной ролью» следует понимать тот факт, что он нанял студентку, ставшую настоящим автором открытия. Новаторский труд Джоселин Белл даже не был упомянут!

Ныне Вайсберг трудится в Карлтонском колледже в Нортфилде (штат Миннесота) и, хотя не удостоился признания Шведской королевской академии наук, счастлив, что открытие было оценено по достоинству[37]. Он до сих пор следит за пульсаром Халса – Тейлора, как его теперь принято называть. С годами измерения стали еще более точными. Отклонений от предсказаний Эйнштейна до сих пор не обнаружено. Вайсберг изучает и другие двойные пульсары. На сегодняшний день их открыты десятки. Для астрофизиков это бесплатные гравитационные лаборатории космического базирования: арендуйте радиотелескоп, подключите устройство учета времени и можете работать.

Одной из самых удивительных двойных систем является PSR J0737–3039. Ее открыла в 2003 г. итальянский радиоастроном Марта Бургей[38] при помощи 64-метрового радиотелескопа австралийской радиообсерватории Паркс. Цифры в названии системы – это своего рода небесный адрес: они представляют местоположение пульсара в небе в южном созвездии Кормы. (Первый пульсар, обнаруженный Джоселин Белл, официально называется PSR B1919+21, пульсар Халса – Тейлора в созвездии Орла – PSR B1913+16. Как свидетельствуют номера, они наблюдаются на небе недалеко друг от друга.)

В чем особенность J0737? Это единственная известная система, состоящая из двух пульсаров. Хотя первым открытым двойным пульсаром была двойная нейтронная звезда, импульсы регистрировались лишь от одного компонента системы. В J0737 обе нейтронные звезды наблюдаются как пульсары. Более того, они имеют очень тесную орбиту, следовательно, высокие скорости и сильные ускорения. Это дает возможности более точных измерений и дополнительных перекрестных проверок результатов.

У J0737 есть еще одна необычная особенность. Орбитальная плоскость, в которой кружатся два пульсара, видна нам практически с ребра. Каждые 1,2 часа (это половина орбитального периода) один оказывается позади другого, и его импульс проходит очень близко от ближнего пульсара для наблюдателя с Земли. Из-за сильного гравитационного поля время испытывает гравитационное замедление, и сигналу требуется больше времени, чтобы достичь наших радиотелескопов, чем в отсутствие этого эффекта. Эта задержка – так называемый эффект Шапиро – измерена с высокой точностью. Она именно такова, как предсказывает ОТО.

Ирвину Шапиро не могло прийти в голову, что метод проверки ОТО, названный его именем, будет применен к двойным пульсарам. В 1964 г., когда астрофизик MIT Шапиро описал этот эффект, пульсары еще не были открыты. Шапиро предложил эксперимент, в ходе которого сигналы радара отражались от поверхности Меркурия и Венеры во время верхнего солнцестояния, когда планета оказывается с дальней стороны от Солнца, с точки зрения земного наблюдателя. Сигналам радара пришлось бы проходить через гравитационное поле Солнца. Точные измерения времени прохождения импульсов показали бы величину задержки сигнала.

Первые эксперименты, поставленные Шапиро с коллегами в 1967 г., были не особенно точными, однако задержку удалось измерить, и результаты согласовывались с предсказаниями Эйнштейна. Впоследствии эффект Шапиро был также измерен (гораздо точнее) на коммуникационных радиосигналах космического зонда НАСА «Кассини», находящегося на орбите Сатурна с 2004 г. Самые свежие наблюдения за PSR J0737–3039 позволили добиться еще большей точности.

Другой поразительный двойной пульсар – PSR J1906+0746 был открыт в 2004 г. с помощью радиотелескопа в Аресибо. Он совершает оборот каждые 144 мс, выдавая почти 7 радиоимпульсов в секунду. Ничего особенного! (Постепенно привыкаешь ко всему, даже к существованию сверхплотных звезд размером с мегаполис, вращающихся со скоростью колеса мчащейся машины.) Но в 2008 г. импульсы начали слабеть и к 2015 г. совершенно пропали. Вот это нечто особенное!

Или нет? Затухание сигнала PSR J1906+0746 объясняется ОТО и вызывается геодезической прецессией, известной также как прецессия де Ситтера. Благодаря сильному искривлению пространственно-временного континуума ориентация оси вращения пульсара медленно меняется. (Тот же эффект был обнаружен Gravity Probe B, я рассказывал об этом в главе 3.) Намагниченный космический волчок вихляет. Вследствие этого узконаправленные пучки радиоволн перестают попадать на Землю. Для нас пульсар исчезает. К счастью, он предположительно должен вновь появиться примерно в 2170 г. Будущие радиоастрономы, сделайте пометку в календаре! (Кстати, и геодезическая прецессия, и эффект Шапиро были также обнаружены у пульсара Халса – Тейлора в 1989-м и 2016 г. соответственно.)

_________