Разумеется, с официальным открытием 20 февраля 2017 г. Advanced Virgo ситуация значительно улучшилась. Если три детектора наблюдают один и тот же сигнал гравитационной волны, то складываются три пары: Ливингстон – Хэнфорд, Ливингстон – Virgo и Хэнфорд – Virgo. Три пары детекторов – это три разных способа проведения одного и того же анализа, в результате чего вы выделяете в небе три круга (или сегмента в форме банана). Они будут пересекаться в одной относительно небольшой области, в которой и нужно искать электромагнитные проявления. Не удивлюсь, если окажется, что первые проявления волны Эйнштейна уже были обнаружены и изучались на тот момент, когда эта книга поступила в продажу, хотя во время ее написания Advanced Virgo еще решала проблемы с тягами из аморфного кварца в системе подвеса зеркал. (Advanced LIGO 30 ноября 2016 г. начала второй научный пуск, и на апрель 2017 г. было зарегистрировано шесть событий-кандидатов.)
Через несколько лет в Японии будет введен в действие четвертый лазерный интерферометр. В дальнейшем в Индии появится пятая обсерватория (подробнее об этом – в главе 16). Как вы понимаете, чем больше детекторов, тем точнее локализация события. Добавление сразу трех гарантирует скорое превращение дополняющих исследований источников гравитационных волн в зрелое и продуктивное направление астрофизики.
Инструменты поиска электромагнитных проявлений не должны ограничиваться наземными оптическими и радиотелескопами. Весьма вероятно, что первого успеха достигнет космическая обсерватория. Самое высокоэнергетическое электромагнитное излучение – гамма и рентгеновское – в принципе невозможно наблюдать с Земли. Несколько групп специалистов по гамма- и рентгеновской астрономии также заключили соглашение с коллаборацией LIGO – Virgo. Они готовы направить космические телескопы в любом направлении, которое укажут лазерные интерферометры.
Например, спутник НАСА Swift, запущенный в ноябре 2004 г., уже некоторое время участвует в поиске[111]. Swift предназначен для регистрации и изучения гамма-всплесков. Он оборудован детектором гамма-излучения, рентгеновским телескопом и телескопом ультрафиолетового/оптического диапазонов. Самостоятельно он может регистрировать гамма-всплески, определять их положение в небе и искать оптические проявления. Главный исследователь проекта Нил Герелс из Центра управления космическими полетами им. Годдарда в Гринбелте (Мэриленд) рассказал, что эта успешная миссия может также заниматься быстрым поиском рентгеновских, ультрафиолетовых или оптических проявлений источников гравитационных волн. В прошлом Swift выполнял дополняющие наблюдения для ряда инициирующих событий LIGO/Virgo и даже посвятил несколько дней событию Большого Пса – печально знаменитому слепому внедрению в сентябре 2010 г., описанному в главе 11.
Герелс не сомневался, что решающую роль мог бы сыграть еще один инструмент НАСА, космический гамма-телескоп Fermi[112], запущенный в июне 2008 г. Его детекторы гамма-излучения с широким углом обзора охватывают почти полнеба. Если сигнал гравитационной волны сопровождается выбросом высокоэнергетического гамма-излучения, существует примерно 50 %-ная вероятность, что Fermi его заметит. Тогда Swift может провести последующее за регистрацией Fermi исследование, чтобы точнее определить местоположение события. В считаные минуты наземные оптические телескопы начнут поиск в намного меньшей области пространства, чем могли бы указать им только LIGO и Virgo. (Очень жаль, что Нил Герелс уже не увидит результатов – он скончался в начале 2017 г. в возрасте 64 лет.)
На что способны наземные инструменты? Некоторые большие телескопы оборудованы широкоугольными камерами для многократного картирования неба. Вы уже познакомились с телескопом в Паранале, имеющим камеру 268 Мп. Есть еще камера «Темная энергия» разрешением 520 Мп на четырехметровом телескопе им. Виктора Бланко в межамериканской обсерватории Сьерро-Тололо в Чили, а также две камеры Pan-STARRS с матрицами в 1,4 гигапикселя, установленные на 1,8-метровые телескопы обсерватории Халеакала на гавайском острове Мауи. Однако эти большие инструменты разрабатывались не для моментальных дополняющих исследований транзиентных объектов. Менее крупные приборы для этого гораздо удобнее. Один из таких небольших инструментов работает на знаменитой площадке в Южной Калифорнии – в Паломарской обсерватории[113].
На горе Паломар к северо-востоку от Сан-Диего легко проглядеть относительно небольшой телескоп Самуэля Ошина. Туристы, заехав на гору, дивятся на огромный купол 5,1-метрового телескопа Хейла, с галереи для посетителей бросают взгляд на гигантский рефлектор, покупают сувенир в магазинчике и возвращаются к своим машинам. Это закономерно, поскольку телескоп Хейла (названный в честь астрофизика Джорджа Эллери Хейла) – действительно потрясающий инструмент. Он был введен в эксплуатацию в 1948 г. и оставался самым большим в мире телескопом более 25 лет. В начале 1970-х гг., когда я, подросток, делал первые шаги в качестве астронома-любителя, телескоп Хейла был тем же, чем для более молодого поколения стал космический телескоп «Хаббл». Когда рассматриваешь этот великолепный инструмент, чувствуешь благоговейный трепет.
От большого купола до намного меньшего телескопа Самуэля Ошина – короткая поездка на машине. Диаметр его главного зеркала всего 1,2 м. Называемый также «Паломарский Шмидт» (за оптическую конструкцию), он имеет громадное поле зрения, более чем в 12 раз превышающее поперечник полной Луны. В 1950-х гг. телескоп использовался в знаменитом исследовании звездного неба Паломарской обсерватории – составлении громадного атласа фотографий неба Северного полушария.
Сегодня такие астрономы Паломарской обсерватории, как Эдвин Хаббл (в честь которого был назван космический телескоп) не узнали бы инструмент. Наверху телескопа установлен гигантский, размером в теннисный стол, затвор. Трубу телескопа вскрыли, чтобы разместить большую ПЗС-камеру, охлаждаемую до сверхнизких температур, и дополнительное оптическое оборудование. Повсюду кабели и электроника. Более того, инструмент стал полностью автоматическим – никто не дежурит ночами, пока телескоп обследует небо. Познакомьтесь с проектом Zwicky Transient Facility, ZTF – одним из самых быстрых построителей карты звездного неба в мире![114]
По словам научного сотрудника программы Эрика Беллма из Калифорнийского технологического университета в Пасадене, этот инструмент может делать снимки с 30-секундной выдержкой примерно каждые полторы минуты[115]. Благодаря чувствительной электронике на каждом снимке отображается практически столько же звезд, сколько на стеклянных фотопластинах 1950-х гг., требовавших почти часовой выдержки. В принципе, ZTF мог бы сфотографировать все видимое небо за одну-единственную ночь, создав фантастический поток данных порядка 100 Мбит/с.
Название ZTF дано в честь астронома из Калтеха Фрица Цвикки, осуществившего одно из первых обзорных исследований в астрономии в поисках взрывов сверхновых в других галактиках. ZTF также занят поиском далеких сверхновых и других краткосрочных феноменов. Инструмент может реагировать и на уведомления о регистрации гравитационных волн. В течение минуты после получения уведомления телескоп и его купол будут сориентированы в нужную сторону и начнут охоту за оптическим проявлением волны Эйнштейна.
В Южном полушарии одним из конкурентов ZTF станет проект BlackGEM в Чили[116]. Он стартует в 2018 г. маленькой группой из трех автоматизированных 65-сантиметровых телескопов. Если удастся привлечь больше финансирования, линейку можно будет расширить до пяти или даже до 15 одинаковых телескопов, оборудованных чувствительными ПЗС-камерами. Главным исследователем проекта BlackGEM является голландский астроном Пауль Гроот, первооткрыватель оптического проявления гамма-всплеска. Описанный ранее телескоп Гроота MeerLICHT стал прототипом инструментов BlackGEM.
У BlackGEM имеется несколько преимуществ перед другими проектами поиска электромагнитных проявлений. Во-первых, он разработан специально для дополняющего исследования регистраций гравитационных волн – это его главная научная задача. (ZTF может сопровождать, самое большее, несколько событий-триггеров в месяц в силу загруженности другими проектами.) Во-вторых, благодаря решетке из нескольких телескопов BlackGEM очень гибок. Если область поиска, указанная LIGO и Virgo, окажется сильно вытянутой, как в случаях GW150914 и GW151226, каждый телескоп сможет сфокусироваться на собственной части «банана». При малой зоне поиска или при регистрации электромагнитного проявления телескопы поведут наблюдения сообща, что значительно повышает точность.
В качестве местоположения BlackGEM была выбрана гора Сьерро-ла-Силла в Чили к северо-востоку от портового города Ла-Серена. Атмосфера над Ла-Силла намного спокойнее, чем над горой Паломар, и условия для наблюдения значительно лучше – это третье преимущество. В 1960-е гг. здесь были установлены некоторые первые телескопы ESO. На сегодняшний день ESO перенесла основную часть своей деятельности значительно севернее, на Сьерро-Паранал, но и на Ла-Силла ведется много работы. Оседлавшая горный хребет обсерватория окружена мягкими склонами холмов, протянувшихся вдаль к горизонту. Это удивительно спокойное место, куда часто наведываются дикие ослы и лисы из пустыни Атакама. В ясный день (которые здесь бывают часто) легко увидеть купола обсерватории Лас-Кампанас Научно-исследовательского института им. Карнеги, до которой около 25 км.
Так много далеких горных вершин, обсерваторий, чувствительных инструментов и увлеченных астрономов, мечтающих раскрыть тайны Вселенной! Кто первым обнаружит оптическое проявление гравитационной волны, ZTF на горе Паломар или BlackGEM на Сьерро-ла-Силла? Или пальма первенства достанется дополняющим исследованиям столкновений космических тел на базе радионаблюдений, измерения рентгеновского или гамма-излучения? Радиоастрономы, работающие на SKA и ее телескопах-целеуказателях, уже обсуждают лучшую стратегию реагирования. Специалисты в области рентгеновской астрономии надеются осуществить мониторинг всего неба, вероятно на базе МКС. Существующие обсерватории, как наземные, так и космические, пытаются получить свою часть добычи. Регулярно вводятся в действие новые проекты. Успех совсем рядом. Это только вопрос времени.