Обращенные к звездам. Прошлое, настоящее и будущее астрономии

Гравитационная волна, обнаруженная 14 сентября 2015 года, оказалась результатом столкновения и слияния двух черных дыр (одна в двадцать девять, а другая в тридцать шесть раз массивнее нашего Солнца) на расстоянии 1,4 миллиарда световых лет от нас. После нескольких месяцев исследований, проверок и перепроверок на 11 февраля 2016 года была запланирована торжественная пресс-конференция, на которой должны были объявить об открытии на весь мир. По иронии судьбы, невзирая на многолетний опыт секретности и все усилия LIGO, утечка произошла за пятнадцать минут до официального заявления, причем самым что ни на есть банальным образом. Эрин Ли Райан из Центра космических полетов имени Годдарда утром того же дня побывала на празднике, устроенном НАСА в честь предстоящего заявления. Там был подан торт с надписью «В честь первого прямого обнаружения гравитационных волн!». Эрин радостно сфотографировала его и без всякой задней мысли опубликовала снимок в Твиттере, и научные журналисты во всем мире встрепенулись, узнав новость раньше, чем о ней было официально объявлено. Десятилетия усилий, многочисленные слепые инъекции, молчание тысяч людей — все это уступило торту и твиту. Вот почему я никогда не беспокоилась, а не скрывают ли мои коллеги существование инопланетян.

Открытие гравитационных волн стало прорывом и попало в заголовки газет во всем мире. Нобелевскую премию по физике за 2017 год получили Райнер Вайсс, Кип Торн и Барри Бариш. Вайсс и Торн внесли новаторский вклад в теорию и разработку детектора, а Бариш совершил настоящий подвиг, организовав превращение LIGO из группы в сорок человек в масштабную организацию международного сотрудничества. Это открытие доказало, что десятилетия целеустремленности, самоотверженности и огромной инженерной работы вовсе не прошли напрасно и позволили открыть новую эру в астрономии.

Многоканальная астрономия — это воплощенная мечта многих поколений ученых, подход, при котором скоординированно наблюдаются и интерпретируются данные различного типа от одного и того же объекта. По сути, каждый астроном в своей работе полагается лишь на небольшое количество электромагнитного излучения, которое удается уловить от далеко расположенного объекта, и когда удается обнаружить иной поддающийся количественной оценке сигнал от того же объекта, научные данные сразу же приобретают дополнительную надежность. В прошлом такого успеха удалось достичь всего один раз, когда в 1987 году были зафиксированы как электромагнитное излучение, так и небольшое количество нейтрино (крошечных субатомных частиц) от очень близкой сверхновой. Излучение и частицы послужили двумя «каналами» данных из космоса, что позволило нам изучить сверхновую с разных сторон. А обнаружение гравитационных волн — третьего типа «каналов», нового вида данных, которые мы можем получать от космических явлений, — не могло не привести нас в новую эру развития астрономии.

Тем не менее обнаружение гравитационных волн в 2015 году не стало мультиканальным событием. Столкновение черных дыр, наблюдавшееся LIGO, было подтверждено только гравитационными волнами. Каким бы захватывающим ни было это открытие само по себе, оно практически сразу изменило правила игры — теперь все с нетерпением ждали следующего большого события, которое породило бы как гравитационную волну, так и вспышку электромагнитного излучения, оказавшись, таким образом, настоящим многоканальным событием.

Все понимали, что это будет непросто. Мы не раз наблюдали столкновение черных дыр, но большинство астрономов сходились во мнении, что такое событие не вызывает вспышек излучения.

Другое дело столкновения нейтронных звезд. Нейтронные звезды — это коллапсирующие ядра, оставшиеся после гибели массивных звезд и их превращения в сверхновые. Именно их, когда они быстро вращаются, радиотелескопы воспринимают как пульсары. При коллапсе вся масса ядра звезды сжимается до размера небольшого города, и образуется новый, невероятно плотный объект — нейтронная звезда (одна чайная ложка вещества нейтронной звезды весила бы больше, чем гора). Процесс коллапсирования останавливается только из-за принципа исключения Паули в квантовой физике, который гласит, что субатомные частицы, такие как нейтроны, не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии в квантовой системе. Если бы нейтронная звезда попыталась коллапсировать дальше (и, таким образом, стать еще плотнее), нейтроны сжались бы с такой силой, что этот принцип начал бы нарушаться. Чтобы избежать этого, нейтроны начинают оказывать давление вовне, и гравитационный коллапс останавливается. В результате получаются одни из самых странных объектов во Вселенной: крошечные оболочки мертвых звезд, продолжающие существовать благодаря квантовой физике и иногда вращающиеся с частотой в сотни и даже тысячи оборотов в секунду.