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

Полушутя-полусерьезно итальянский физик рассказывает, что несколько недель назад, находясь с женой в Сантуарио-ди-Монтенеро – знаменитом месте паломничества недалеко от Ливорно, – помолился за регистрацию волны Эйнштейна. «Мой срок на посту директора заканчивается в конце 2017 г., – замечает он. – Я уверен, что к тому времени у нас будет несколько событий». Он не сказал, что за 8 дней до моего визита уже произошла регистрация GW150914, вызвавшая огромное воодушевление, поскольку участникам коллаборации LIGO – Virgo было запрещено обнародовать новость. Неудивительно, что Феррини был уверен в успехе.

Virgo во многом похожа на LIGO, только длина ее плеч 3 км вместо четырех. Кроме того, регион к юго-востоку от Пизы населен намного плотнее Хэнфорда в штате Вашингтон или лесистого севера луизианского Ливингстона. Трубы Virgo проложены на поверхности земли, как и в американских обсерваториях. Над ними пришлось возвести несколько низких мостов, чтобы фермеры могли проехать на тракторах. Наружная поверхность труб выкрашена в небесно-голубой цвет, чтобы они не слишком выбивались из пасторального итальянского ландшафта.

Координатор пусконаладочных работ Бас Свинкельс показывает мне объект. Он единственный голландец среди постоянных участников проекта Virgo – изначально французско-итальянского, в дальнейшем к коллаборации присоединились Венгрия, Польша и Нидерланды. Свинкельс ведет меня в зону размещения лазерного и вакуумного оборудования Virgo. Гигантское пространство заполнено громадами вакуумных резервуаров. Новинкой усовершенствованной Virgo являются криогенные ловушки – значимый вклад Nikhef, Национального института субатомной физики Нидерландов в Амстердаме. С помощью жидкого водорода они замораживают любые остаточные загрязнения в системе, обеспечивая еще более качественный вакуум. Свинкельс с гордостью рассказывает о невероятных аттенюаторах Virgo – конструкциях 10-метровой высоты из семи обратных маятников, на которых на проволоке из аморфного кварца будут вывешиваться зеркала.

Трудно поверить, что до второй половины 1980-х гг. Virgo существовала только в виде идеи, особенно если вспомнить, как долго шел к началу реализации проект LIGO. Опять-таки это огромное преимущество европейцев – они не первые. США уже давно ведут масштабные исследовательские работы.

Итальянские физики – опытные охотники на гравитационные волны. В начале 1970-х гг. Эдоардо Амальди и Гвидо Пиццелла построили первый чувствительный антенный детектор, желая проверить заявления Джо Вебера. Их группа в лаборатории Фраскати Национального института атомной физики (INFN) возле Рима сотрудничала с командой Хайнца Биллинга из Института Макса Планка в Мюнхене. Они не получили убедительных результатов, но, возможно, добьются большего с помощью лазерной интерферометрии.

Во всяком случае, так думал специалист по физике элементарных частиц Адальберто Джадзотто, который был экспертом по сейсмоизоляции. В 1980-е гг. он объединил усилия с Аленом Брилле из Национального центра научных исследований Франции (CNRS), который знал все об оптике и лазерах. Вместе они выдвинули идею детектора Virgo – европейского ответа LIGO. Официальное предложение на проект INFN/CNRS было подано французскому и итальянскому правительствам в 1989 г., перед тем как Робби Фогт завершил работу над первоначальной заявкой на LIGO для Национального научного фонда.

Название Virgo не является аббревиатурой. Детектор назван в честь скопления галактик в созвездии Девы. Скопление Девы находится в 50 млн св. лет; Джадзотто и Брилле вознамерились построить детектор, который сможет регистрировать волны Эйнштейна, вызванные слиянием нейтронных звезд даже на таком расстоянии.

Virgo должна была иметь сопоставимую с LIGO чувствительность, несмотря на укороченные плечи интерферометра. Но европейцы хотели построить детектор, восприимчивый к более низким частотам за счет лучшего подвеса зеркал. Масштабную многоуровневую систему подвеса разработал Джадзотто. Рабочий прототип был завершен в 1987 г. в лаборатории INFN в Пизе. Теперь он выставлен в вестибюле главного здания Европейской гравитационной обсерватории.

Virgo была не единственным европейским проектом. В Германии в конце 1980-х гг. имелись планы строительства трехкилометрового интерферометра, в 100 раз превышающего 30-метровый прототип Хайнца Биллинга. Биллинг вышел на пенсию в 1989 г., но его новаторскую работу продолжил Карстен Данцманн. Биллинг, тогда 75-летний, был убежден, что рано или поздно усилия его преемника увенчаются успехом. «Герр Данцманн, – сказал он, – я доживу до того момента, когда вы найдете эти волны»[54].