Гравитационное эхо от далёких чёрных дыр экспресс
Когда две сверхмассивные чёрные дыры кружатся друг вокруг друга перед слиянием, они встряхивают само пространство — как катер, бегущий по озеру, оставляет за собой волны. Эти волны называют гравитационными. Они летят сквозь Вселенную и проходят сквозь всё, даже сквозь Землю. Но заметить их напрямую трудно: нужны гигантские установки вроде LIGO, которые ловят лишь короткие всплески от небольших чёрных дыр. Для самых больших пар — в миллиарды раз тяжелее Солнца — волны тянутся годами, и тут на помощь приходят пульсары.
Пульсар — это мёртвая звезда, которая вращается сотни раз в секунду и шлёт радиоимпульсы с точностью атомных часов. Если гравитационная волна проходит между нами и пульсаром, его импульсы приходят чуть раньше или позже — ритм сбивается на неуловимые доли секунды. Учёные следят за десятками пульсаров по всему небу десятилетиями и ищут общие сбои — так работает пульсарный тайминг. Волна, проходя мимо Земли, сбивает все пульсары разом — это «земной» след. Но есть и второй след: волна прошла мимо самого пульсара раньше, иногда за сотни лет до нас, и оставила отпечаток в его ритме, который мы видим только сейчас.
Идея новой работы — объединить два детектора: будущий космический интерферометр (типа μAres), который поймает волну в момент прохода через Землю, и сеть пульсаров, которые уже записали эту же волну в прошлом. Тогда у нас появится «машина времени»: по земному сигналу мы узнаем, где пара находится сейчас, а по пульсарным эхо — где она была столетия назад. Авторы посчитали: для пары чёрных дыр общей массой в миллиард солнечных на расстоянии 80 мегапарсек (около 260 миллионов световых лет) суммарный сигнал от пульсаров будет в 33 раза сильнее шума. Причём до 24 пульсаров смогут «разглядеть» волну по отдельности, если наблюдать их 50 лет.
Такой метод напоминает световое эхо от сверхновых: вспышка звезды отражается от облаков пыли, и мы видим её снова через годы. Только здесь эхо — гравитационное, и оно рассказывает не о взрыве, а о медленном танце двух гигантов. Если в ближайшие годы запустят миссию μAres, а пульсарные наблюдения продолжат накапливаться, у астрономов появится шанс впервые проследить эволюцию пары сверхмассивных чёрных дыр на протяжении веков — от первых витков до последнего слияния.
Пульсары настолько стабильны, что их используют как галактическую навигационную сеть: на зонде «Вояджер» есть карта с расположением пульсаров относительно Солнца, чтобы инопланетяне (или далёкие потомки) могли найти Землю.
В романе Грега Игана «Лестница Шильда» гравитационные волны от слияния чёрных дыр используются как оружие и средство связи — а здесь они становятся архивом прошлого.