Обращенные к звездам. Прошлое, настоящее и будущее астрономии - Эмили Левеск

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».

Как ни странно, даже в обсерватории, отслеживающей гравитационные волны, а не электромагнитный свет, ночью условия для наблюдения лучше, чем днем: прохладный воздух приводит к ослаблению ветра, а антропоморфный шум снижается с уменьшением количества грузовиков на близлежащем шоссе (и снова увеличивается по утрам, когда водители снова выезжают на дорогу, что сначала отражается на ближайшем к шоссе рукаве детектора).

Я была удивлена, узнав, что, как и в других обсерваториях, в LIGO группы операторов работают в диспетчерской и управляют детектором в режиме 24/7, пока ведется наблюдение. (Мне представлялось, что кто-то нажатием на кнопку включает лазер, а дальше остается только ждать сигнала.) На самом деле операторы постоянно заняты: вручную регулируют положение зеркал, чтобы сохранить точную настройку, наблюдают за сейсмическими сигналами, стараются по возможности максимально погасить шум и тщательно отслеживают источники такого шума, который невозможно устранить. Познакомиться с их повседневной работой можно по рисункам оператора LIGO, аспирантки Натсини Киджбунчу, которая, как и Эрман Оливарес из обсерватории Лас-Кампанас, частенько изображает забавные сценки из жизни своих коллег — в данном случае астрономов, работающих с гравитационными волнами.

Каждый, кто имел минимальное представление о LIGO, знал, что открытие гравитационных волн станет огромным достижением и сразу удостоится Нобелевской премии. В грандиозной программе участвовали тысячи людей на нескольких континентах. Работа всего огромного коллектива, управляющего объектами, проверяющего и анализирующего данные и публикующего полученные результаты, была не менее сложна, чем сами эти механизмы, и в LIGO довольно быстро поняли, что «человеческий механизм» нужно проверять на восприимчивость к шуму так же, как интерферометры.

Так появились «слепые инъекции» (то есть ложные вбросы). На раннем этапе работы LIGO отдельной группе сотрудников была поручена важная задача: они тайком вставляли поддельные сигналы, выглядевшие как настоящие гравитационные волны, в поток данных, поступающих с детекторов. Эта тактика довольно распространена в исследованиях и позволяет проверить, насколько люди и программное обеспечение, анализирующие данные, способны достоверно выявлять реальные сигналы. Так получилось, что слепые инъекции LIGO послужили еще двум целям.

Первой целью была проверка всей команды LIGO. Хотя сотрудники знали о возможности слепых инъекций, никто, кроме той небольшой группы, которая их проводила, не знал, какие именно сигналы являются поддельными, поэтому всем была дана инструкция рассматривать любой обнаруженный сигнал как реальный. Это означало, что сотрудники анализировали данные, проводили вычисления, чтобы определить, какое астрофизическое явление могло породить такой сигнал (две черные дыры? а насколько они велики? на каком они расстоянии? и т. д.), и даже готовили черновой вариант статьи с торжественным объявлением прорывного результата, — но все это время не знали, настоящий ли это сигнал или слепая инъекция. О том, был ли сигнал реальным или ложным, сообщалось только на заключительном собрании всей команды для «вскрытия конверта» (по аналогии с церемонией присуждения премии «Оскар»). «Конверт» в последнее время выглядит как флешка с презентацией (от группы, осуществляющей слепые инъекции), в которой сообщается, вводился ли поддельный сигнал в данные LIGO. Только тогда команда понимает, исследовали они слепую инъекцию или реальное явление.

Метод слепых инъекций также испытывает умение членов команды держать язык за зубами. Предварительное обнаружение — самое первое открытие гравитационных волн — было потрясающим результатом, но данные тщательно изучали в течение нескольких месяцев, чтобы подтвердить, что это была гравитационная волна, а не источник шума, и сотням людей потребовалось еще столько же времени, чтобы определить физическую основу этого явления и подготовить