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

К сожалению, никто не знает, насколько часто происходят EMRI. Оценки разнятся от нуля до тысяч событий в год. Слишком много неизвестных: распределение масс сверхмассивных ЧД (сколько их приходится на определенный диапазон масс), количество компактных объектов в центральных областях галактик, детали процесса и т. д. Возможно, компактные объекты не задерживаются на орбите ЧД, а просто исчезают. Наблюдения LISA дадут астрономам ответы и на эти вопросы. Каким бы ни оказался наблюдаемый уровень EMRI, эти события позволят узнать, что происходит – и что не происходит – в ядрах галактик повсюду во Вселенной.

Это относится и к двойным системам белых карликов в нашей Галактике. Как говорилось в главе 5, каждая солнцеподобная звезда заканчивает свою жизнь белым карликом – небесным телом массой почти как у Солнца, но размером не больше Земли. Поскольку большинство звезд Млечного Пути входят в двойные или кратные системы, можно предполагать, что двойных белых карликов очень много. Если они обращаются по общей орбите достаточно быстро и близко друг к другу, то постоянно излучают волны Эйнштейна в частотном диапазоне LISA. (Такие пары в других галактиках, скорее всего, находятся слишком далеко, чтобы мы могли зарегистрировать создаваемые ими возмущения пространственно-временного континуума.)

За последние десятилетия астрономы открыли несколько двойных белых карликов. Особенно интересна система SDSS J065133.338+284423.37, сокращенно J0651. Она находится на расстоянии около 3500 св. лет в созвездии Близнецов. Между двумя карликовыми звездами всего 100 000 км – около четверти расстояния от Земли до Луны. Они совершают оборот по общей орбите за 12,75 минуты, следовательно, должны излучать гравитационные волны частотой 2,6 мГц – как раз посередине диапазона чувствительности LISA. Более того, астрономы знают , что эта система излучает волны: орбитальный период уменьшается на 0,29 мс в год. J0651 послужит LISA контрольным источником, как и несколько других тесных двойных систем.

Никто, однако, не знает, сколько именно тесных двойных белых карликов имеется в Млечном Пути. LISA поможет составить их полный список, невероятно расширив наши знания об эволюции систем двойных звезд в целом и о свойствах белых карликов в частности.

Возможно, вы задаетесь вопросом, как LISA будет различать источники гравитационных волн и определять свойства каждого. LIGO совсем нелегко зарегистрировать отдельное событие. Как разобраться в десятках или даже сотнях постоянных источников волн Эйнштейна, каждый из которых по-своему воздействует на пространственно-временной континуум? Событие GW150914 было изолированным и ясно различимым, как щелчок бича, но Млечный Путь, где изобилуют двойные системы белых карликов, можно сравнить с актовым залом, где стоит неумолчный гул бесчисленных жужжащих волчков. Разве контрольные грузы LISA не будут хаотически двигаться, реагируя на множество разных частот одновременно?

Не все так плохо. Действительно, большое число одновременных сигналов гравитационных волн будут накладываться друг на друга, но относительно легко разложить беспорядочный на первый взгляд результирующий сигнал на составляющие синусоиды. Наш мозг делает это постоянно. Барабанные перепонки единовременно реагируют на множество звуковых волн. Тем не менее мы без труда различаем человеческий голос, звонок своего сотового и шум проезжающей машины, даже если слышим их одновременно. Все, что нужно, – анализ данных.

Конечно, идентифицировать некоторые формы волны будет сложно просто потому, что не известно, чего ожидать. Например, космологи надеются найти свидетельства существования суперструн – удивительных одномерных структур с очень высокой плотностью массы и большой энергией, возможно пронизывающих Вселенную. Эти топологические дефекты пространственно-временного континуума предсказывают некоторые теории Большого взрыва, но никто не знает, существуют ли они и какого характера гравитационные волны могут порождать. В любом случае собираемые LISA данные станут кладезем информации для ученых, занимающихся астрономией, астрофизикой высоких энергий и космологией.

На мой взгляд, одним из самых замечательных качеств LISA станет способность предупреждать нас о приближающихся столкновениях ЧД. Если бы эта программа уже действовала в 2015 г., астрономы предсказали бы время GW150914 с точностью до нескольких секунд. Более того, они бы точно знали, где искать электромагнитные проявления события. Все телескопы на Земле и в космосе обследовали бы место катастрофы в поисках одновременной рентгеновской вспышки, излучения видимого или инфракрасного света, и, разумеется, все сотрудники LIGO приникли бы к мониторам в центрах управления.