Блюз черных дыр и другие мелодии космоса - Жанна Левин

Но LIGO сумеет услышать заключительный этап жизни двойных систем, состоящих из нейтронных звезд и черных дыр, – тех самых пар компактных объектов, которые мы еще не наблюдали, потому что они расположены слишком далеко, чтобы обнаружить их с помощью обычных телескопов. Представьте себе последние минуты перед столкновением двух черных дыр. Обе черные дыры, каждая из которых имеет, скажем, около шестидесяти километров в поперечнике, перед тем как слиться друг с другом, делают сотни оборотов в секунду, двигаясь со скоростями, близкими к скорости света. Их движение в пространстве в последние мгновения перед слиянием вызывает волны, достаточно мощные для того, чтобы мы смогли их услышать, когда они дойдут до Земли. Вероятность обнаружить компактную двойную систему в течение последних пятнадцати минут ее жизни, длившейся до этого миллиарды лет, очень невелика, если, конечно, ограничить район поиска только нашей Галактикой.

В Млечном Пути одна нейтронная звезда сталкивается с другой нейтронной звездой, возможно, раз в десять тысяч лет, хотя эти оценки пока очень ненадежны. Возможно, что одна нейтронная звезда сталкивается с черной дырой раз в несколько сотен тысяч лет, а одна черная дыра сталкивается с другой черной дырой раз в пару миллионов лет. И было бы очень глупо потратить пятьдесят лет, чтобы построить LIGO ради поиска столкновений компактных двойных систем только в пределах нашей собственной Галактики.

Чтобы зарегистрировать столкновение черных дыр или нейтронных звезд в течение разумного времени (скажем, в течение года после ввода установки в эксплуатацию), LIGO должна быть чувствительна к источникам волн, расположенным в миллионах галактик вокруг нас. Однако другие галактики находятся далеко, и поэтому поле зрения детектора LIGO должно простираться на очень большие расстояния. Но общеизвестно, что чем дальше находится источник, тем слабее сигнал от него, поэтому, хотя первое поколение установки LIGO и провело шесть научных запусков (периоды времени, когда установка функционировала в полном объеме и производилась запись физических данных), в ходе их можно было надеяться обнаружить двойную систему нейтронных звезд на расстоянии, не превышающем примерно 45 миллионов световых лет (что соответствует расстоянию до скопления Девы, близлежащего к нам скопления галактик), и – немного дальше – пару черных дыр. Кажется, что это далеко, но, оказывается, недостаточно далеко. Ничего обнаружено не было.

После принстонского доклада Кипа Джерри все же задал ему тот вопрос: “Так откуда взялись все эти цифры?” Оптимистичные надежды на то, что первое поколение детекторов сможет зарегистрировать столкновения нейтронных звезд и/или черных дыр, основывались на оценке распространенности этих объектов во Вселенной. Но оценка эта грешила неопределенностью. Сегодня Кип отрицает, что в те времена преобладал оптимизм, и в доказательство приводит цитаты из различных документов. Он, по его словам, всегда считал, что вероятность регистрирования сигнала первым поколением детекторов была крайне невелика.

Впрочем, по его мнению, оптимистичные оценки тоже заслуживают внимания, поскольку не противоречат фундаментальным законам физики (хотя экспериментаторы и должны были учитывать более скромные, не столь оптимистичные предсказания). Но с точки зрения Джерри, верхний предел оценок нарушал основные принципы астрономии. Около тридцати лет назад Кип предложил Джерри пари, заявив, что LIGO зарегистрирует гравитационные волны до начала нового тысячелетия. Не согласившийся с этим Джерри внес в условия пари некоторые коррективы. Они состояли в том, что по меньшей мере две независимые группы должны будут не только подтвердить обнаружение гравитационных волн, но и признать, что анализ, выполненный другой группой, не содержит ошибок. Однако внесенные коррективы не пригодились. К 1 января 2000 года первое поколение детекторов установки LIGO находилось лишь на финальной стадии подготовки эксперимента, и ничего не было готово к сбору данных. Джерри уверяет, будто в какой-то момент условия пари попросту исчезли со стены его кабинета.

Кип не согласен: “Сообщаю для протокола: по-моему, условия пари никуда не исчезали, а висели на стене постоянно, за исключением тех нескольких дней, когда я снял листок в знак признания своего проигрыша”.

Джерри говорит, что не стал требовать свой выигрыш сразу. Вместо этого он при каждом удобном случае интересовался у друзей Кипа: “Ну, и как там Кип?” Таким образом он настойчиво напоминал ему о долге.

Кип возражает: “У Джерри явные нелады с памятью. Я проиграл пари первого января 2000 года, но сохранил записку, которую получил от Джерри четвертого апреля того же года. Текст там такой: «Огромное спасибо за любезное письмо и ОЧЕНЬ хорошее вино! Я, Джим Ганн, Богдан Пачинский, Скотт Тремейн и Мартин Рис выпили его за Ваше здоровье и за успех в деле обнаружения гравитационных волн вообще и LIGO в частности. С наилучшими пожеланиями, искренне Ваш – Джерри О.»”.

Джерри Острайкер – лишь один из многих астрофизиков, яростно выступавших против проекта LIGO. Особое значение Джерри придавал нарушениям процедурного характера. Важный документ, носящий название “Десятилетняя программа развития астрономии и астрофизики”, обозначает приоритеты научных исследований в этой области для каждого очередного десятилетия. Джерри, игравший существенную роль в организации науки, участвовал в подготовке трех таких десятилетних программ. Так вот, LIGO никогда не входила в список приоритетных проектов, хотя какая-то дискуссия на эту тему и возникла – когда Джон Бакал наотрез отказался даже рассматривать “кандидатуру” LIGO. И Джерри подчеркивает тот факт, что все крупные проекты последних десятилетий были утверждены и внесены в “Десятилетнюю программу”, а LIGO – нет. Джерри Острайкера, как и многих других ученых, беспокоило то, что деньги могут быть потрачены на строительство тоннелей, а не на поддержку исследований молодых ученых.

Кип выдвигает свои возражения:

– Ключевым моментом являлось как раз то, что LIGO планировалось финансировать из той части бюджета Национального научного фонда, которая выделялась на физику, а не на астрономию. Возможность финансирования из бюджета, выделяемого на астрономию, никогда всерьез не рассматривалась, речь всегда шла только про физику.

Проект LIGO рассматривался в рамках десятилетней программы развития физики. До тех пор, пока не была утверждена новая бюджетная политика фонда, наш проект шел по линии финансирования физики, – продолжает Кип. – Прежде чем он получил поддержку, нам, начиная с середины 1980-х, пришлось пройти через огромное количество экспертиз. При этом в работе экспертных комиссий принимали участие такие щепетильные и принципиальные физики, как Гарвин. Без подобных экспертных отзывов мы бы не смогли получить одобрение Национального научного фонда.

Один из критиков, пожелавший остаться неназванным, предположил, что мормоны, в среде которых воспитывался Кип, научили его прозелитизму. Несмотря на то, что Кип уже давно перерос занудное морализаторство, сексизм и религиозность своего мормонского прошлого, предположил этот критик, он всегда готов заняться прозелитизмом ради благого дела. Продвижение проекта LIGO таким делом, безусловно, являлось. Почему он был одобрен, несмотря на ошеломляющую стоимость и огромный риск? Потому что Кип был очень обаятельным его сторонником, прекрасно умевшим убеждать людей. Кроме того, Кип славится в академической среде своей аккуратностью и честностью, а его работы ценятся за предельную ясность и точность. Короче говоря, Кип смог заставить коллег поверить ему.