Вселенная. Емкие ответы на непостижимые вопросы

LIGO и другие подобные обсерватории смогут наблюдать черные дыры – при условии, что эти дыры легче тысячи солнц. Боле тяжелые черные дыры – сверхмассивные дыры в центрах галактик – создают гравитационные волны с куда большей диной волны (порядка расстояния между Землей и Луной или Землей и Солнцем) и гораздо более низкой частотой (один цикл за минуты, или часы, или большие промежутки времени). Такие волны мы планируем обнаруживать и наблюдать с помощью LIGO-подобного детектора в космосе: три независимых космических аппарата, оснащенных лазерными лучами. Европейское космическое агентство (ЕКА) планирует космическую миссию такого рода – она называется LISA (лазерная интерферометрическая космическая антенна) – первый пробный полет планируется в 2014 году. Американское космическое агентство NASA раньше было партнером ЕКА в LISA, но было вынуждено отказаться от участия в этой и в ряде других миссий из-за огромных перерасходов в проекте космического телескопа имени Джеймса Уэбба.

Для еще более тяжелых черных дыр, которые весят миллиарды, а не миллионы Солнц, необходим детектор третьего типа. Их волны имеют длину, намного превышающую по размерам Солнечную систему, и долгий цикл – от месяцев до лет. Такие огромные гравитационные волны можно искать с помощью LIGO-подобных детекторов, в которых одно из «зеркал» (на самом деле, просто движущаяся масса) – это наша Земля, а второе – нейтронная звезда – пульсар в далеком межзвездном пространстве. Радиотелескопы на Земле измеряют радиоимпульсы от десятков таких пульсаров, ища крошечные нарушения во времени прихода импульсов, вызванные гравитационными волнами. Эта международная коллаборация по исследованию радиопульсаров (International Pulsar Timing Array), вероятно, зарегистрирует первые гравитационные волны в течение следующих десяти лет, или пяти, если нам повезет[10].

Черные дыры состоят из искривленного пространства и времени – и это искривление демонстрирует множество интересных качеств и эффектов. Я рассказал вам лишь про один из них: вихри скручивающегося пространства, сталкивающиеся и генерирующие кольца или спирали гравитационных волн, летящих наружу из черных дыр. Из черных дыр также исходят так называемые тендекс-линии. Они интереснейшим образом растягивают и сжимают пространство и также участвуют в генерации гравитационных волн.

Численное моделирование – мощный инструмент для теоретических исследований этих вихрей и тендексов. Наблюдения гравитационных волн позволят сделать выводы об их природе и покажут нам все их богатое разнообразие и их влияние на вселенную. Эти инструменты – численное моделирование и детекторы гравитационных волн – открывают золотую эру в исследованиях черных дыр.

Кип Торн Исследуя искривленную сторону вселенной при помощи гравитационных волн

В программу третьего фестиваля Starmus был включен мультимедийный концерт, иллюстрирующий «искривленную сторону вселенной» и ее исследование с помощью гравитационных волн. Этот концерт стал результатом сотрудничества между астрофизиками – специалистами по компьютерному моделированию, которые на основе своих симуляций создали захватывающие видеоклипы, с Полом Франклином, Оливером Джеймсом и их командой специалистов по видеоэффектам. Специалисты из лондонской студии Double Negative соединили эти клипы с другими клипами собственной разработки, смонтировали их, наложив музыку Ганса Циммера и его группы (с участием гитариста Брайана Мэя, который играл под видеоряд, проигрывавшийся на огромном экране). Кип Торн был научным консультантом этого концерта и рассказал аудитории о научной подоплеке показанных видеоклипов. Текст ниже – это отредактированные выдержки из рассказа Кипа.