Обращенные к звездам. Прошлое, настоящее и будущее астрономии

Одно дело сказать, что LIGO может обнаруживать возмущения в тысячи раз меньшие, чем протон, и совсем другое — увидеть, какие практические требования предъявляются в связи с такой чувствительностью. А наиболее впечатляющие технологии используются для контрольных грузов и их подвешивания в рукавах детектора.

Каждый контрольный груз представляет собой круглое зеркало диаметром около 33, толщиной около 20 сантиметров и массой около 40 килограммов (большие и тяжелые зеркала лучше сохраняют неподвижность). Зеркала изготовлены из чистого плавленого кварцевого стекла и предназначены для отражения инфракрасного света, излучаемого лазерами LIGO. Контрольные грузы подвешены на четырехзвенной маятниковой системе (каждое звено уменьшает внешние вибрации, которые передаются на зеркало) с помощью стеклянных волокон толщиной всего четыре миллиметра. Хотя каждое волокно выдерживает до 12 килограммов, они невероятно чувствительны к другим воздействиям: так, волокно может разрушиться от одного прикосновения пальца — кожный жир моментально вызовет появление трещин в стекле. Стекловолокно производится прямо на месте, в Хэнфорде, и идеально подходит для подвешивания контрольных грузов: система маятников уменьшает трение, а движение молекул в стекле дает ему преимущество перед металлической проволокой, так как снижает передающиеся грузу микроскопические колебания.

Я осознала, насколько чувствительно оборудование LIGO, когда вернулась в диспетчерскую и поговорила с сотрудниками об источниках шума. Даже при таком пристальном внимании к деталям мониторинг и контроль шума по-прежнему составляют немалую часть повседневной деятельности LIGO. Когда при первичной обработке данных выявляется возможный сигнал гравитационной волны, прежде всего начинают тщательно отслеживать все, что может создавать шум и вызывать ложную тревогу.

На одной паре мониторов справа отображались синие, желтые и красные линии, которые медленно перемещались по экрану, изгибаясь то вверх, то вниз. Я спросила одного из сотрудников LIGO в диспетчерской, что именно я вижу. Мне объяснили, что так отслеживаются источники шума: антропогенные (например, шаги), сотрясающий здание ветер и так далее.

Я указала на один из экранов, прочитав надпись наверху:

— Что такое «микросейсмический шум волнового происхождения»?

— В основном океанские волны. Они обрушиваются на Северо-Американскую тектоническую плиту, получается довольно стабильный фоновый шум.

— Да вы шутите!

До океана было 320 километров.

Именно на этом экране примерно двадцатью часами ранее наблюдался внезапный огромный скачок уровня шума. Я посетила LIGO менее чем через день после землетрясения магнитудой 7,2 в Папуа — Новой Гвинее. Отголоски этого землетрясения на другом конце планеты несколько часов трясли детекторы в Вашингтоне и Луизиане, временно сделав их практически бесполезными. В LIGO предусмотрены специальные меры на случай землетрясений — как объяснили операторы, поскольку волны распространяются не мгновенно, а должны еще прокатиться по планете, обсерватория заранее получает предупреждение о том, что приближается значительное сейсмическое возмущение, и имеет в запасе от нескольких минут до получаса, чтобы подготовиться. При небольших землетрясениях конфигурацию контрольных грузов меняют так, чтобы они стали менее чувствительны к гравитационным волнам, но зато менее восприимчивы к ударам. А в случае крупного землетрясения их фактически переводят в режим антиблокировки и дают им свободно раскачиваться — это позволяет свести к минимуму долгосрочные последствия землетрясения, а позже, когда толчки прекращаются, детектор возвращают в нормальное состояние.

Источникам шума, казалось, не было конца. В начале работы LIGO объект в Луизиане сильно страдал от шума лесозаготовок. В Вашингтоне мешал ежегодный весенний сброс воды с плотины реки Колумбия. В числе других помех были шум от лопастей пролетающих вертолетов, от двигателей автомобилей на парковке обсерватории и от дождя. Недавно забавным источником шума в Вашингтоне стали резервуары с жидким азотом, которые использовались для охлаждения детектора. В теплую погоду на трубах, ведущих к резервуарам, образовывался лед, и предприимчивые вороны начинали его склевывать, чтобы утолить жажду в жаркий день. Из-за этого «тук-тук-тук» начали полномасштабное расследование. Тайна была в конце концов разгадана, когда ученые заметили выбоинки во льду, которые подозрительно хорошо соответствовали размеру вороньего клюва. Открытие было увековечено скрупулезной записью в журнале в комплекте с фотографиями следов клевания ворона, пойманного на месте преступления, и аспиранта, имитирующего клевание, чтобы воспроизвести шумовой сигнал. Трубу, ведущую к резервуарам, переделали так, чтобы на ней больше не скапливался лед, а пернатый преступник был описан во внутреннем информационном бюллетене LIGO как «томимый жаждой ворон».