Маленькая книга о черных дырах (Габсер, Преториус) - страница 83

»: обширные коллекции теоретических форм сигнала для всевозможных видов гравитационных волн, которые могут прийти на LIGO. Можно сравнить такой шаблон с уникальным «отпечатком пальцев» события, в том числе и такого, как спиральное сближение двух невращающихся черных дыр с массой в 32 солнечных. Источники шума: дрожание почвы, вызванное проезжающим по окрестному шоссе грузовиком или лесозаготовками вблизи городка Ливингстон, где расположена установка LIGO, тоже обладают своими характерными «отпечатками пальцев», и их форма отличается от тех, что свойственна «чириканью» сливающихся черных дыр. Детектор LIGO постоянно бомбардируется шумом, и поэтому то, что он измеряет, представляет собой смесь всех этих шумовых «отпечатков пальцев», наложившихся друг на друга вместе с появляющимися то здесь, то там «отпечатками» гравитационных волн. Таким образом, шаблон действует как маска, пропускающая через себя «отпечаток пальцев» гравитационной волны, который этому шаблону в точности отвечает, и в то же время блокирующая не соответствующие ему «отпечатки» шумовых сигналов. Хотя с помощью этой методики и нельзя полностью избавиться от влияния шума, она очень помогает – во всяком случае, достаточно для того, чтобы детектор LIGO улавливал гравитационно-волновые события, происходящие на невообразимых расстояниях от Земли.

Чтобы установка LIGO полностью реализовала свой потенциал в качестве гравитационно-волновой обсерватории, когда она достигнет планируемого уровня чувствительности, придется (и сейчас уже приходится) преодолевать некоторые дополнительные трудности, связанные с методом шаблонов. Первая из них заключается просто в вычислении всех возможных шаблонов формы сигнала для столкновений черных дыр и других событий, способных быть источниками гравитационных волн: столкновений между черными дырами и нейтронными звездами, слияний двух нейтронных звезд, вспышек сверхновых. Гравитационные волны могут приходить от быстровращающихся нейтронных звезд с выпуклостями на поверхности[18], из космического «океана» первичных гравитационнных волн, порожденных на заре эволюции Вселенной, и, наконец, возникать при разрывах, перекручивании и пересечениях в сети космических струн, которые, согласно гипотезам некоторых космологов, составляют основу Вселенной[19]. Решать эйнштейновские уравнения поля во всех этих разнообразных ситуациях – задача не из легких, но делать это необходимо, чтобы построить требующиеся для работы LIGO шаблоны. Труднее всего в этом отношении иметь дело со столкновениями. Но после нескольких десятилетий совместных усилий десятков исследователей теоретически задача слияния двойных черных дыр теперь в целом решена. Этого удалось достичь, сочетая аналитические методы (хорошо работающие на ранних стадиях спирального сближения) и численное моделирование на суперкомпьютерах (необходимое при расчетах поздних этапов сближения и собственно столкновения двух черных дыр). Нейтронные звезды выводят проблему на новый уровень сложности: для этого случая требуется также решать уравнения, описывающие динамику вещества, из которого состоят нейтронные звезды. Фактически, как уже было сказано в главе 5, мы не обладаем подробной информацией о свойствах ядерного вещества при исключительно высокой плотности, по всей видимости, существующей в нейтронных звездах. Можно построить шаблоны, количественно выражающие неопределенность наших знаний о сверхплотном ядерном веществе, и тогда есть обоснованные надежды на то, что наблюдения гравитационных волн, порождаемых слияниями нейтронных звезд или столкновениями черных дыр с нейтронными звездами, дадут нам много новых сведений о свойствах вещества при крайне высокой его плотности.