Говерт Шиллинг - Складки на ткани пространства-времени [Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии] [litres]

Большим преимуществом решеток наблюдения за пульсарами является то, что это бесплатный «инструмент». В галактике Млечный Путь множество сверхточных часов. Не нужно конструировать и строить сложные и дорогие лазерные интерферометры. Все, что нужно, – достаточно большой радиотелескоп (подойдет уже существующий) и электроника, чтобы выделять из данных наблюдений сигналы пульсаров и точно измерять время прибытия импульсов. Это весьма сложная задача, но не обязательно требующая затрат сотен миллионов долларов. Можно сказать, изучение временной динамики пульсаров – метод поиска гравитационных волн «для бедных».

Поиск потребует настойчивости и терпения. Это наука неторопливых. Начав проект сегодня, не надейтесь получить результаты раньше чем через 10–15 лет. Во всяком случае, об этом свидетельствует австралийский проект «Решетка для наблюдения за временной динамикой пульсаров в Парксе» (Parks Pulsar Timing Array, PPTA) [97] Решетка для наблюдения за временной динамикой пульсаров Паркс (РРТА): http://www.atnf.csiro.au/research/pu;sar/ppta . . Официально он стартовал в 2004 г., но до сих пор не зарегистрировал ничего существенного. Команда в 30 с лишним человек и их руководитель Джордж Хоббс из Австралийского национального комплекса телескопов терпеливо продолжают сбор данных, пытаясь повысить точность эксперимента.

В проекте РРТА используется только один инструмент – 64-метровая «Тарелка» в Парксе (слово «решетка» относится к массиву пульсаров, а не телескопов). В промежутках между другими программами наблюдения огромный радиотелескоп направляют на два десятка миллисекундных пульсаров и по каждому проводят временны́е измерения продолжительностью в несколько минут. При частоте импульсов, скажем, 200 Гц пять минут – это 60 000 импульсов. Каждый радиоимпульс может длиться около десятой доли миллисекунды и отличаться от других. Но в среднем, имея более 60 000 импульсов, можно определить период пульсаций с точностью порядка 100 нс, или 1/10 000 миллисекунды.

Аналогичные наблюдения ведутся в Европе. В проекте «Европейская решетка для наблюдения за временной динамикой пульсаров» (European Pulsar Timing Array, ЕРТА) [98] Европейская решетка для наблюдения за временной динамикой пульсаров (ЕРТА): http://www.epta.eu.org . Вестерборкская система апертурного синтеза: http://www.astron.nl/radio-observatory/public/public-0 . Североамериканская наногерцовая гравитационно-волновая обсерватория (NANOGrav): http://nanograv.org . , начавшемся в 2006 г., участвуют пять радиообсерваторий. Один из инструментов – прославленный 76-метровый телескоп им. Б. Ловелла британской Обсерватории Джодрелл-Бэнк – начал наблюдение за пульсарами в 1969 г., вскоре после эпохального открытия Джоселин Белл. Еще более крупным инструментом является 100-метровая тарелка в германском Эффельсберге. Вестерборкская система апертурного синтеза в Нидерландах – линейка из 14 25-метровых чаш-антенн – работает с пульсарами с 1999 г. Четвертым участником ЕРТА стал гигантский дециметровый радиотелескоп в Нансе в центральной Франции. Наконец, в 2014 г. к коллаборации присоединился недавно построенный 64-метровый радиотелескоп в итальянской Сардинии.

Наблюдение за одними и теми же пульсарами с помощью трех и более телескопов имеет большое преимущество. Если у вас только один телескоп, технический сбой может исказить данные, и вы об этом даже не узнаете. При наличии двух телескопов вы по крайней мере заметите непорядок, поскольку два инструмента дадут разные результаты, но не будете знать, с каким из них возникла проблема. С тремя вы застрахованы от неприятностей. Пять европейских телескопов сильно отличаются конструктивно, и объединить их базы данных непросто. Но к настоящему моменту европейские исследователи пульсаров стандартизировали хронометрическое оборудование и усовершенствовали процесс измерений.

С 2007 г. два больших американских радиотелескопа – гигантская тарелка Аресибо в Пуэрто-Рико и 100-метровый телескоп Грин-Бэнк в Западной Вирджинии – официально работают вместе, наблюдая за временны́ми параметрами решетки пульсаров. Североамериканская наногерцовая гравитационно-волновая обсерватория (NANOGrav), как был назван этот проект, объединяет несколько десятков радиоастрономов из 15 университетов и институтов. Три группы (РРТА, ЕРТА и NANOGrav) действуют в тесном сотрудничестве в рамках коллаборации International Pulsar Timing Array, IPTA [99] Международная решетка для наблюдения за временной динамикой пульсаров (IPTA): http://www.ipta4gw.org ; Stephen R. Taylor et al., “Are We There Yet? Time to Detection of Nanohertz Gravitational Waves Based on Pulsar-Timing Array Limits” (Стивен Р. Тейлор и др. Мы уже готовы? Время регистрации гравитационных волн с учетом ограничений решетки для наблюдения за временной динамикой пульсаров), Astrophysical Journal Letters 819, no. 1 (2016): L6. .