Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

Чисто теоретическая концепция стала более реалистичной идеей в 1982 году, когда Дон Бейкер открыл первый миллисекундный пульсар. В отличие от типичных пульсаров, вроде тех, что обнаружила Джоселин Белл, то есть вращающихся со скоростью примерно один оборот в секунду, миллисекундные пульсары вращаются со скоростью сотни оборотов в секунду. Бейкер понял, что это свойство миллисекундных пульсаров позволит измерять их частоту гораздо точнее, вплоть до нескольких десятых наносекунды, и эта точность прихода импульсов могла бы сделать их в будущем гораздо более подходящим инструментом для обнаружения гравитационных волн.

Так что же такое хронометрирование массива пульсаров?

Мы впервые вкратце обсудили хронометрирование пульсаров в подразделе “Чуть глубже” главы 2. Предположим, у нас есть группа из пятидесяти различных пульсаров, находившихся более десяти лет под пристальным наблюдением астрономов, и за этот десятилетний период, за который произошло очень большое количество полных оборотов, приход каждого импульса был измерен с точностью не меньше одной тысячной оборота. Например, если пульсар вращается со скоростью пятьсот оборотов в секунду, за десять лет он совершит около 160 миллиардов оборотов. Именно из-за такого огромного количества очень точных измерений эта методика имеет такую невероятную точность и надежность. И если внезапно импульсы от каких-то пульсаров приходят раньше, затем позже, а потом снова раньше по сравнению с их ожидаемым временем прихода, самая вероятная причина сбоя в том, что детектор что-то встряхнуло. Но если невозможно объяснить эти вариации времени прихода каким-либо событием, произошедшим по соседству с детектором (например, землетрясением или громыхающим грузовиком), то это может быть рябь от гравитационной волны, накрывшей Землю. И если бы эти сдвиги сначала в сторону опережения, а потом запаздывания наблюдались на последовательностях импульсов от всех пульсаров, причем еще и подчинялись бы определенному графику, рассчитанному Хеллингсом и Даунсом, это стало бы визитной карточкой гравитационных волн, сжимающих и растягивающих пространство между Землей и пульсарами вдоль пути следования импульсов.

В некотором смысле это очень похоже на работу интерферометров LIGO и Virgo, а Земля и пульсары эквивалентны тестовым массам в концах каждого плеча детектора. С той только разницей, что для пульсаров необходимо собирать данные многие годы, из-за того что в этом случае длина волны гравитационных волн очень велика.

Бейкер хотел сделать именно это. В начале 2000-х годов совместно с коллегами из Калифорнийского университета в Беркли, а также с астрономами Дэвидом Найсом из колледжа Лафайет в Истоне, штат Пенсильвания, и Ингрид Стэйрс из Университета Британской Колумбии он начал хронометрирование группы миллисекундных пульсаров с большой точностью с помощью телескопов Arecibo и GBT.

Для анализа данных они применяли метод Хеллингса – Даунса. Их цель состояла в том, чтобы обнаружить гравитационные волны или, по крайней мере, наложить ограничения на их параметры, установив окно для измерений, в котором, как они полагали, когда-нибудь можно будет обнаружить гравитационную волну. “Потихоньку пятеро ученых образовали небольшую группу и начали хронометрирование пульсаров. На этом этапе они не прилагали огромных усилий”, – говорит Рэнсом.

Но об этом проекте узнали, и им заинтересовались другие астрономы. В частности, Дику Манчестеру, живущему в Австралии, эта идея настолько понравилась, что он подал заявку – ив 2003 году получил большой грант от правительства на то, чтобы начать применять эту методику в больших масштабах. В результате, говорит Рэнсом, ему выделили “достаточно времени для работы на телескопе Parkes и деньги на приглашение постдоков. По сути, он создал антенную систему Паркса для хронометрирования пульсаров (РРТА, Pulsar Parkes Timing Array)”. Манчестер надеялся, что через пять лет эта антенная система сможет зарегистрировать гравитационные волны. Эти оптимистические короткие сроки побудили других астрономов по всему миру серьезно отнестись к задаче использования хронометрирования пульсаров для обнаружения гравитационных волн.