Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы - Фальке Хайно

Чтобы затем данные можно было точно совместить, каждый телескоп нуждается в абсолютно точных часах. Точные часы изготавливаются в Швейцарии, что известно как простым покупателям, так и физикам. В нашем случае речь идет не об обычных механических чудо-часах, а о невероятно точном хронометре эры атомной физики. Город Невшатель вблизи Берна – один из главных центров, где изготавливают такие приборы. Именно здесь выпускаются атомные часы, используемые в навигационной спутниковой системе “Галилей”, – европейской альтернативе американской GPS. Наши атомные часы тоже из Невшателя. Это часы на основе водородного мазера, цена которых начинается с пятизначного числа за штуку.

Если ты астроном и работаешь с телескопом, то есть один человек, связываться с которым тебе не рекомендуется. Это – оператор, знающий свой телескоп от и до. Он или она, в полном соответствии с названием его или ее должности, сидя в диспетчерской перед стеной с экранами, управляет антенной телескопа, как капитан кораблем. На горе всегда одновременно присутствуют два оператора, сменяющие друг друга каждые двенадцать часов. Они живут поблизости и привычны к уединенной жизни на горе Грэм. (На языке апачей это название означает “Большая сидящая гора”.)

При определенных измерениях оператор может передать виртуальный руль находящимся в комнате астрономам, но он немедленно заберет его обратно, если возникнут какие‐то проблемы или дальнейшим наблюдениям помешает сильный ветер.

При РСДБ-экспериментах для каждого телескопа имеется четкое расписание, которого следует придерживаться. Теоретически это расписание должно соблюдаться автоматически, поскольку предполагается, что с точностью до доли секунды все телескопы в одно и то же время направлены на один и тот же радиоисточник. Чтобы предотвратить какие‐либо недоразумения, связанные с часовыми поясами, используется всемирное время – время пояса, в котором находится давно превращенная в музей английская Гринвичская королевская обсерватория.

Проводя измерения, мы не только наблюдаем за центром нашей Галактики или центром галактики M87. Для определения чувствительности наших телескопов мы между сеансами вновь и вновь направляем их радиоантенны на калибровочные источники. Часто для этих целей используются хорошо известные квазары или галактики. Одна из таких галактик была открыта Гершелем в конце XVIII века. Она известна как 3C 84 и расположена в 240 миллионах световых лет от Млечного Пути в скоплении галактик в созвездии Персей. Галактика 3C 84 – надежный и сильный источник радиоизлучения.

Часто за время одной сессии пеленгуются координаты трех или четырех разных квазаров. Только таким образом можно откалибровать всю систему. Для РСДБ даже атомные часы недостаточно точны. Их приходится корректировать с помощью этих космических источников, и тогда постфактум можно убедиться, что все часы идут в унисон.

На то, чтобы изменить направление антенны, требуется несколько минут. Операторы в Аризоне придумали заполняющую это время “отбивку”[148]: всякий раз при повороте телескопа в диспетчерской и в кухне звучит бодренькая мелодия Classical Gas из австралийского кинофильма “Тарелка”. Это кинофильм о 64‐метровой антенной тарелке телескопа обсерватории Паркс, принявшего данные прямой телевизионной трансляции при высадке человека на Луну. Те, кто наблюдал звезды или черные дыры на горе Грэм в Аризоне, никогда уже не смогут выбросить этот навязчивый мотив из головы.

Иногда дежурство на телескопе бывает выматывающим. Например, когда оказывается, что телескопы или приборы следует перенастроить. Атмосферная рефракция приводит к сдвигу видимого положения источников, а флуктуации температуры деформируют массивные антенны, что приводит к изменению направления их взора. Эти изменения минимальны, но заметны. Все источники ошибок следует выявить и устранить. Во время перерывов в наблюдениях необходимо регулярно корректировать “наведение” и фокусировку телескопа с помощью ярких калибровочных источников, большинство из которых – черные дыры. Бывает, что при плохой погоде нужный источник удается обнаружить не сразу, или мы его обнаруживаем, а затем опять теряем. Тогда, подобно человеку с биноклем, высматривающему что‐то в сумерках, мы ищем этот источник до тех пор, пока не находим его.

Положение радиоисточников в небе постоянно меняется: не стоит забывать, что Земля все время вращается. Наша задача состоит в том, чтобы телескоп всегда точно смотрел на “блуждающий” источник радиоизлучения. Другой вопрос связан с тем, что в Испании звезды и черные дыры восходят на небе и садятся раньше, чем в Аризоне. Это затрудняет РСДБ-эксперименты, в которых участвует несколько разбросанных по всему миру телескопов: находясь в разных местах, они не могут наблюдать один и тот же объект точно в одно и то же время. Иногда совместные наблюдения возможны только очень недолго.

Время от времени телескопы сами отказываются работать совместно. (Я не устаю повторять, что телескопы – это те же люди!) 21 марта 2015 года мы оповестили всех: “Погода подходящая”. Это означало, что наблюдения можно начинать вовремя. Но не прошло и часа, как у нас начались неожиданные технические проблемы. “Телескоп не работает должным образом. Чтобы починить его, операторы вынуждены отклониться от расписания”, – записали мы в журнале наблюдений.

В другой раз потребовалось остановиться, поскольку для дополнительного поворота не хватило длины кабелей. Как правило, телескопы рассчитаны на полтора оборота. Следя за каким‐то объектом на небе, их можно поворачивать в одну сторону только на такой угол. Когда этот максимальный угол достигнут, оператор должен опять развернуть все устройство, чтобы размотать кабели. Раздражаясь все больше, я жду, пока можно будет продолжить наблюдения. Минута за минутой звучит все та же песенка из “Тарелки”. Приходится пропустить по меньшей мере одну серию наблюдений и сразу приступить к следующей в нашем расписании.

В конце недели я покидаю гору Грэм со смешанными чувствами. Мы проделали большую работу, кое‐чему научились, однако погода была так себе. Усталый, но довольный я спускаюсь вниз. Через несколько месяцев мы обнаруживаем, что не все элементы были подогнаны оптимально, так что качество полученных тогда данных оставляет желать лучшего.

Весной 2016 года подошел срок второго общего тестирования. К этому времени несколько телескопов модернизировали. Однако важнее всего было то, что в этот раз мы в качестве эксперимента собирались интегрировать в нашу сеть телескоп ALMA в Чили. Если нам удастся показать, что при включении ALMA все работает хорошо, то можно будет продолжить подготовку к измерениям в 2017 году, – измерениям, которым предстояло стать уже не тестированием, а реальным началом реализации нашего большого проекта.

11 февраля 2016 года, еще до начала испытаний, “взорвалась научная бомба”. На этот день научное сообщество LIGO/Virgo назначило пресс-конференцию. Мы все ожидали сенсации. Уже просочились и начали циркулировать среди специалистов кое‐какие слухи, но тем не менее мы, вместе со многими слушателями по всему миру, стояли как завороженные в университетских аудиториях перед большими экранами и слушали это невероятное сообщение[149]. Ученым впервые удалось непосредственно наблюдать гравитационные волны, возникшие при слиянии двух черных дыр. Здесь, на Земле, они зафиксировали невероятно слабое подрагивание пространства. Эти черные дыры были в 30 раз тяжелее нашего Солнца, но все же в 200 000 раз легче черной дыры в центре Млечного Пути. “Итак, нам удалось «услышать» черные дыры, – сказал я возбужденно. – Теперь нам хочется увидеть одну из них!”

Меня поразила удачливость моих коллег. До их измерений никто вообще не был уверен, что существуют сливающиеся черные дыры такого размера. Сигнал гравитационных волн оказался гораздо сильнее, чем ожидалось; более того: открытие было сделано в конце тестовых испытаний. Если бы ученые закончили их на несколько часов раньше, они бы вообще не получили необходимые данные[150]. После этого им ни разу не удалось обнаружить столь же сильный сигнал. “Нам никогда так не повезет, – думаю я с завистью. – Когда в следующем году начнется наш большой эксперимент, погода гарантированно будет плохой, телескопы сломаются, а черная дыра M87 окажется гораздо меньше, чем мы думали”. Я твержу себе, что необходимо запастись терпением.