Две нейтронные звезды — это два шара размером с город, но с массой Солнца. Когда они сближаются по спирали, приливные силы растягивают каждую, как если бы гигантская рука сжимала и скручивала мячик для регби. Звезда начинает колебаться — внутри неё бегут волны плотности, словно круги по воде от брошенного камня.
Чтобы описать эту дрожь, астрофизики раскладывают колебания на простые тона — моды. Самая главная, f-мода, похожа на основной тон колокола: она самая громкая и медленная. Раньше такие расчёты делали по законам Ньютона, но вблизи чёрной дыры или другой звезды пространство-время искривлено так сильно, что ньютоновская физика врёт. Авторы новой работы построили «релятивистский камертон» — способ считать моды прямо в уравнениях Эйнштейна, не решая их на суперкомпьютере. Они взяли за основу калибровку Редже–Уилера — специальную систему координат, которая не даёт расчётам запутаться.
Результат вышел с оттенком «хорошо, плохо, хитро». Хорошо: доминирующая f-мода оказалась на редкость стабильной. Для разных сортов нейтронной материи (разные уравнения состояния) расчёт по модам совпал с прямым численным моделированием с точностью до 3%. Плохо: математический оператор, который определяет «внутреннее произведение» мод, не является положительно определённым на всём пространстве функций калибровки. На бытовом языке — наш камертон иногда даёт фальшивые ноты, если пытаться извлечь слишком высокие обертоны. Сумма мод не сойдётся к точному решению идеально, но для практики это не страшно. Хитро: приливное поле внутри звезды можно определить по-разному, однако на главный тон эта неоднозначность почти не влияет. Уилер когда-то говорил: «Время — это способ природы не дать всему случиться одновременно». Здесь похожая история: моды — это способ гравитации не дать звезде развалиться сразу.
Такой подход — не замена точным симуляциям, а быстрый и прозрачный инструмент. Когда детекторы гравитационных волн поймают сигнал от слияния двух нейтронных звёзд, физики смогут за минуты, а не за недели, оценить, из какого «теста» сделаны эти звёзды. А значит — заглянуть в недра материи, сжатой до предела.
Нейтронная звезда плотнее атомного ядра: кусочек размером с кубик сахара весит как гора Эверест.
В романе «Контакт» Карла Сагана инопланетяне зашифровали послание в сигнале от двойной нейтронной звезды — возможно, когда-нибудь мы прочтём в приливных модах не только физику, но и чью-то подпись.