Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

Примерно в то же время к ним присоединились европейские астрономы, объединив радиотелескопы Westerbork Synthesis Radio Telescope, Effelsberg Radio Telescope, Nanpay Radio Telescope и Sardinia Radio Telescope с телескопом Lovell в Европейскую антенную систему хронометрирования пульсаров. В Соединенных Штатах Рэнсом тоже был охвачен азартом. “Мы знали, что у нас есть два лучших радиотелескопа в мире: Arecibo и GBT”, – говорит он. И с десятком других американских астрономов, специалистов по пульсарам, они устроили совещание. “Мы пригласили Дона Бейкера и его небольшую группу и сказали: «Вот вы, ребята, делаете этот небольшой проект. А австралийцы работают над этой задачей в полную силу в рамках огромного проекта. Давайте сделаем правильный шаг, мы пришли сюда, чтобы работать с вами»”, – вспоминает Рэнсом. Они согласились сотрудничать, а через несколько лет, получив несколько грантов, в 2009 году создали NANOGrav (Североамериканскую наногерцевую обсерваторию гравитационных волн). Эта североамериканская антенная система хронометрирования пульсаров в настоящее время занимается изучением более семидесяти пульсаров¹².

Эти три проекта продолжались более десяти лет, но до сих пор ни одно из сообществ не обнаружило гравитационные волны. Тем не менее хронометрирование пульсаров регулярно преподносит сюрпризы. Однажды в 2012 году Райан Линч, в то время постдок в Университете Макгилла, просматривал данные наблюдений пульсаров, которые GBT проводил в течение десяти лет. Он наткнулся на миллисекундный пульсар, который теперь называется MSP J0740 + 6620, и после нескольких месяцев наблюдения понял, что это невероятно точные часы. Вместе с группой коллег, среди которых был Скотт Рэнсом, Линч начал его хронометрирование с помощью обсерватории NANOGrav. Вскоре Линч заметил, что у пульсара может быть звезда-компаньон, и учет этого позволил постдоку Эммануэлю Фонсека и аспирантке Санкфул Кромарти определить массу компаньона, а затем и самого пульсара. Кромарти руководила этими исследованиями, в результате которых выяснилось, что этот пульсар был самой массивной нейтронной звездой из всех когда-либо обнаруженных – с колоссальной массой, равной 2,14 массы Солнца¹³.

Но гравитационных волн пока не обнаружено. Астрономы до сих пор не знают, существуют ли сверхмассивные черные дыры, которые действительно подходят близко друг к другу и готовы слиться. Хотя они и обнаружили галактики с двумя активными галактическими ядрами, что свидетельствует о том, что эти две галактики слились и их черные дыры начинают, вальсируя, сближаться. “На их слияние уйдут миллионы лет, может быть, даже сотни миллионов лет, – говорит Рэнсом. – К счастью, во всей Вселенной всегда есть сливающиеся друг с другом галактики”.

Однако ученые не собираются сдаваться – за последнее десятилетие они узнали намного больше о том, как галактики сталкиваются. Они также добились большого прогресса в разработке моделей и методов расчета, которые позволяют лучше очистить данные от шума и влияния межзвездной среды. Все эти шаги помогают ученым лучше понимать и описывать движение Солнечной системы. По оценкам Рэнсома, в течение этого десятилетия астрономы наконец обнаружат гравитационные волны, испускаемые сверхмассивными черными дырами, используя хронометрирование пульсаров.

Первой целью хронометрирования массивов пульсаров является регистрация фона гравитационных волн, возникавших на протяжении эволюции Вселенной при слияниях сверхмассивных черных дыр. Это непростая задача: представьте, что вы находитесь в переполненной комнате, где все разговаривают. Попытка обнаружить определенную гравитационную волну похожа на попытку подслушать конкретный разговор в этой комнате. При сильном фоновом шуме все, что вы можете услышать, – это гул. И подобный гул – это именно то, что ученые пытаются отследить с помощью антенных систем для хронометрирования массива пульсаров, то есть уловить объединенные сигналы тысяч или даже миллионов сверхмассивных черных дыр, находящихся в процессе слияния. “На это уходит очень много времени. Мы не собираемся искать то, что видит LIGO, который позволяет увидеть реальное слияние, – говорит Рэнсом, – мы наблюдаем эти черные дыры за тысячи или даже десятки тысяч лет до их слияния. Но когда они подходят очень близко друг к другу, то излучают гравитационные волны, то есть на ткани пространства-времени возникает периодическая рябь. И когда волны складываются все вместе по всей Вселенной, они образуют тот самый фон, который мы пытаемся обнаружить”.

Как только астрономы обнаружат такие сверхдлинные гравитационные волны, станет возможным узнать, сколько сверхмассивных черных дыр существует, как часто они сливаются и почему. Что заставляет их слиться – только ли гравитация? Или, возможно, рядом с черной дырой есть много избыточного газа или звезд, из-за которых они сливаются быстрее, чем это произошло бы, если бы они делали это только из-за гравитации?