Гравитация в пульсирующем режиме

Гравитационная обсерватория – это сложнейшее инженерное сооружение. На снимке – внутренний вид одного из помещений LIGO.
Источник: фото с официального сайта гравитационной обсерватории LIGO

«Вирго» (VIRGO – Gravitational-wave Observatory) – это одна из нескольких «машин», построенных для обнаружения давно и безуспешно пока искомых волн тяготения, предсказанных Эйнштейном. Ее побратим – LIGO (лазерно-интерференционные гравитационные обсерватории), вот уже несколько лет функционирующий за океаном. С его помощью физики надеются зафиксировать гравитационные волны, генерируемые в момент взрыва сверхновых и столкновения массивных черных дыр. Конструктивно эти наземные гравитационные «телескопы» основаны на идее интерференции, то есть фиксировании изменения (увеличение или уменьшение) дистанции пробега прецизионно точного лазерного луча, которое может произойти при прохождении гравитационной волны.

Пока LIGO не дали четких и, главное, воспроизводимых результатов, поскольку их чувствительность оказалась все-таки мала. Поэтому была выдвинута идея создания огромнейшего гравитационного телескопа в космосе в так называемой «нулевой» точке уравновешивания гравитационных масс Солнца и Земли. Но реализация этого грандиозного проекта сорвалась из-за мирового кризиса.

Как бы там ни было, предполагается, что с помощью обсерваторий LIGO и VIRGO удастся уловить гравитационные волны, испускаемые парой звезд, «падающих» в черную дыру, или самих черных дыр, сливающихся вместе. К сожалению, повторяю, чувствительности обсерваторий пока для этого не хватает. Поэтому астрономы интенсивно ищут иные объекты во Вселенной.

Неожиданный прорыв сделали австралийские ученые из Технологического университета в г. Хоторн, предложившие использовать для улавливания гравитационных волн, идущих из глубин космоса, так называемый интерферометр с очень длинной базой (VLBI – Very Long Baseline Interferometry). Поскольку черные дыры, а тем более их пары чрезвычайно редки во Вселенной, решено было сосредоточиться на парных пульсарах.

Пульсары, сокращенно РSR, представляют собой «выгоревшую» до конца звезду, которая под влиянием гравитации сжалась до нейтронной (электроны атомной оболочки «вдавились» в ядро, в результате чего все бывшие протоны превратились в нейтроны). Из-за малого радиуса нейтронные звезды очень быстро вращаются. В результате они, подобно маяку, при каждом обороте испускают узко направленный пучок радиоволн, улавливаемый с Земли как всплеск или импульс излучения. Именно за это свойство пульсары и получили более 40 лет назад свое название.

Первая пара пульсаров была открыта 35 лет назад, за что ее открывателям дали Нобелевскую премию. Парный пульсар (PSR J), на изучении которого сосредоточились австралийские астрономы, наиболее точная из периодических звездных пар: пульсар А имеет период обращения 22,7 с, а его «напарник» В – 2,77 с. Наблюдения в рентгеновском спектре показали, что излучение идет в основном от более массивного пульсара А – 1,8 солнечных масс, – который в тысячу раз ярче своего напарника В, масса которого в два раза меньше.

Австралийские астрофизики в период с августа 2006 по февраль 2008 года провели семь измерений расстояния от Земли до небесной пары. Оно оказалось в два раза больше того, что думали раньше (1150 парсек, или 3,5 тыс. световых лет). С помощью интерферометра VLBI удалось также «нащупать» и третьего участника космической группы – звезду, бывшего белого карлика, также превратившуюся в нейтронную звезду.

Новое уточненное определение расстояния до указанной системы пульсаров позволила увеличить точность расчетов рамках Общей теории относительности (ОТО). Если первая пара пульсаров, за которую дали Нобелевскую премию, обеспечивала точность до 0,2%, то теперь точность совпадения с ОТО достигла 0,01%. О возможностях интерферометра с длинной базой говорит, например, то, что с его помощью удалось определить, что пульсары сближаются друг с другом на 7 (семь) миллиметров в день! Напомню, речь идет об объекте, удаленно мот нас на 3,5 тыс. световых лет┘

Редакция журнала Science, в котором была опубликована статья австралийцев, подчеркивает в своем комментарии, что пока нет точного определения, «локации» местоположения системы пульсаров PSR J в Галактике. Что говорить о местоположении такого мелкого объекта, когда радиус Млечного пути определен с точностью всего лишь 15%.

Ученым же пока приходится мириться с несовершенством своих приборов. В свое время Галилей был очень доволен тем, что ему удалось разглядеть в свою «трубу» кратеры на Луне. Но уже 25 марта 1934 года 4 тыс. ученых со всего мира собрались в Пасадене, пригороде Лос-Анджелеса, где в обсерватории «Маунт Вилсон» их вниманию был представлен новейший телескоп с 200-дюймовым зеркалом. Руководил той обсерваторией в течение долгих десятилетий небезызвестный Эдвин Хаббл, открывший знаменитое красное смещение, с которого и началась разработка концепций разбегающихся галактик и расширения Вселенной, что в конечном итоге привело к идее Большого взрыва и, как следствие, поиску черных дыр. А потом уже были открыты первые пульсары, квазары и все прочее, чем богат наш бескрайний и безграничный Универсум.