В середине октября 2018 года весь мир горячо обсуждал важное научное событие. Сообщение, которое держалось под строгим эмбарго с августа того же года, подтвердилось — ученые объявили о первом в истории детектировании гравитационно-волнового всплеска от слияния двух нейтронных звезд.
Сделано это было при помощи интерферометра LIGO, на котором ранее были получены первые всплески от слияния черных дыр, за что трое известных физиков были удостоены Нобелевской премии.
Особенностью октябрьского открытия стало то, что после гравитационного сигнала был получен отклик и в электромагнитном диапазоне — гамма, оптическом, радио и рентгеновском. Одним из важных выводов открытия стало подтверждение гипотезы, что именно в таких процессах во вселенной рождаются большинство элементов тяжелее железа — золота, лантанидов, урана и других. Открытие, сделанное коллаборацией LIGO, стало темой интервью, которое дал известный астрофизик Стивен Хокинг Паллабу Гошу, обозревателю «Би-би-си» по вопросам науки.
Это интервью, опубликованное накануне, стало последним для Хокинга, который скончался 14 марта.
— Расскажите, насколько важно обнаружение слияния двух нейтронных звезд?
— Это настоящее достижение. Это первое в истории обнаружение гравитационно-волнового источника с электромагнитным откликом. Оно подтверждает, что короткие гамма-всплески происходят при слиянии нейтронных звезд. Оно дает новую возможность определения расстояний в космологии и говорит нам о поведении материи с невероятно высокой плотностью.
— О чем расскажут нам электромагнитные волны от этого слияния?
— Электромагнитное излучение указывает нам точное положение (источника) на небе. Кроме того, оно говорит нам о красном смещении объекта (сдвиг спектральных линий в длинноволновую сторону). Гравитационные волны указывают нам на фотометрическое расстояние.
Вместе эти измерения дают нам новый способ измерения расстояний в космологии. Это первый пример того, что станет новой космологической шкалой расстояний.
Вещество внутри нейтронной звезды куда более плотно, чем все, что мы можем произвести в лаборатории. Электромагнитный сигнал от сливающихся нейтронных звезд способен рассказать нам о поведении материи с такой сверхвысокой плотностью.
— Подскажет ли нам это открытие, как образуются черные дыры?
— Факт того, что черные дыры могут образовываться при слиянии двух нейтронных звезд, был известен из теории. Однако это событие стало первой ее проверкой или первым наблюдением. Слияние, вероятно, приводит к образованию вращающейся, сверхмассивной нейтронной звезды, которая затем коллапсирует в черную дыру.
Этот процесс сильно отличается от других способов образования черных дыр, таких как взрыв сверхновой или аккреции вещества нормальной звезды на нейтронную звезду. Тщательный анализ данных и теоретическое моделирование на суперкомпьютерах даст широкие возможности к пониманию динамики образования черных дыр и гамма-всплесков.
— Дадут ли измерения гравитационных волн более глубокое понимание того, как работают пространство-время и гравитация, а значит — изменит наше представление о вселенной?
— Да, без тени сомнения. Независимая космологическая шкала расстояний может дать независимую проверку космологических наблюдений, а может таить и немало сюрпризов. Гравитационно-волновые наблюдения позволяют нам проверять Общую теорию относительности в тех случаях, когда гравитационное поле сильно и очень динамично. Некоторые считают, что Общая теория относительности должна быть модифицирована, чтобы избежать введения темной энергии и темной материи.
Гравитационные волны дают новый способ, позволяющий искать признаки возможных отклонений от Общей теории относительности. Обычно появление нового наблюдательного окна во вселенную приводит неожиданностям, которые невозможно предсказать.
А пока мы трем наши глаза, а точнее уши, поскольку только проснулись, чтобы услышать звук гравитационных волн.
— Может ли слияние нейтронных звезд быть одним из немногих способов — или единственным способом —, благодаря которому во вселенной образуется золото? Может ли оно объяснить, почему золота так мало на Земле?
— Да, столкновение нейтронных звезд — это один из способов образования золота. Оно также может рождаться при быстрых захватах нейтронов при взрывах сверхновых. Золота мало везде, не только на Земле.
Причина его редкости в том, что максимум энергии связи ядра приходится на железо, что затрудняет образование элементов тяжелее него. Кроме того, для образования таких стабильных тяжелых ядер, как золото, требуется преодолеть сильное электромагнитное отталкивание.