С помощью этой системы ученые сумели проверить общую теорию относительности гораздо глубже, чем когда-либо раньше. Прежде чем излучение от медленного пульсара исчезло, астрономы могли наблюдать, как две нейтронные звезды обращались друг относительно друга с периодом в 2,4 часа. В те моменты, когда более медленный пульсар проходил перед своим спутником, его сильное магнитное поле блокировало луч миллисекундного пульсара примерно на тридцать секунд. Поскольку пульсар очень мал – всего около двадцати километров в поперечнике, – наше поле зрения блокировалось не его физическим телом, а облаком плотной плазмы, которое вращалось вместе с медленным пульсаром и генерировало собственные радиоимпульсы. Это облако плазмы в форме бублика, удерживаемое магнитным полем медленного пульсара, вращается вместе с ним. Астроном Рене Бретон из Манчестерского университета смог построить модель системы, в которой бублик нерегулярно прерывает приход к нам импульсов от быстрого пульсара. Как оказалось, ось вращения бублика прецессировала. В соответствии с общей теорией относительности, импульс от миллисекундного пульсара достигал Земли на микросекунды позже, поскольку вместо того, чтобы направиться прямо к нам, он должен был пройти вблизи второго пульсара и искривиться, что приводило к уже упомянутой задержке Шапиро и позволило измерить прецессию. Измерения подтвердили предсказания Эйнштейна с точностью до 99,99 %20.

“Я помню, как на одном из семинаров нашей группы Рене поставил вопрос о статистике, – рассказала Арчибальд. – Было два способа анализа данных, сказал он, и один из них давал результат, который согласовывался с результатами теории Эйнштейна, а другой – нет, и он не знал точно, какой способ правильный. «Подождите, – сказала Вики Каспи, наш руководитель, – расскажите нам о методах, но не говорите, какой из них согласуется с теорией, а какой – нет». Мы поспорили и согласились, что один из методов более правильный. И конечно же, он давал результаты, согласующиеся с теорией Эйнштейна! Но нам был преподан важный урок: нельзя давать волю своим предубеждениям”.

Крамер и его команда получили данные, позволяющие считать, что орбита двух пульсаров сжимается каждый день на семь миллиметров – косвенное свидетельство существования гравитационных волн. Двойной пульсар намного меньше системы Халса – Тейлора (за которой Джоэл Вейсберг продолжает следить по сей день), и скорость сжатия орбиты двойного пульсара соответствует выводам теории Эйнштейна, то есть он теряет энергию, преобразующуюся в энергию гравитационных волн, намного быстрее.

И вот вступает в игру уникальная тройная система.

Летом 2006 года инженеры телескопа Green Bank в Западной Вирджинии заметили: что-то не так с рельсом, по которому измерительное оборудование перемещалось влево и вправо по азимуту. Он износился из-за того, что после завершения строительства телескоп GBT стал весить примерно 7,7 тысячи тонн, то есть больше, чем изначально планировалось. Администрация решила удалить старый рельс и установить новый, и на это ушло все лето. Поскольку в это время радиотелескоп не мог перемещаться по азимуту, он не мог следить за источниками, разбросанными по небу, и нормальная работа фактически была остановлена. Но, как и в случае с наблюдениями Алекса Вольщана, проведенными им во время ремонта Arecibo, астрономы, специализирующиеся на пульсарах, – и среди них Арчибальд и Линч (впоследствии ставший младшим научным сотрудником обсерватории GBT) – поняли, что у них появился идеальный шанс для наблюдения неба. Они решили, что могут использовать низкочастотный приемник, выбрать угол и просто еженощно наблюдать звездное небо, проплывающее мимо. Это позволило им видеть любой участок неба в течение примерно двух минут. Поскольку во время ремонта телескопа никто другой не мог работать на нем, они смогли использовать его для почти непрерывных наблюдений в течение пары месяцев и таким образом набрали 120 терабайт данных, которые вошли в обзор под названием “Обзор данных по дрейфовому сканированию, полученных с помощью телескопа GBT 350 МГц”.

Наблюдения закончились, когда завершился ремонт телескопа, и Арчибальд с Линчем приступили к тщательной проверке всех своих данных по пульсарам. На это у них ушло несколько лет. К 2013 году они уже нашли несколько десятков новых пульсаров, но, когда они приблизились к завершению своей работы, на самом последнем диске с данными обнаружилось нечто необычное.

Они открыли двойную систему – пульсар и белый карлик – на расстоянии около 4200 световых лет от Земли. Сначала они не обнаружили ничего необычного. Но, попытавшись определить движение этой двойной системы, они поняли, что не могут рассчитать орбиту пульсара, просто предположив, что он обращается вокруг другой звезды21.

Такого решения, соответствующего данной орбите, просто не могло существовать. “До нас дошло, что происходит нечто странное”, – говорит Линч. И тут Рэнсому пришла в голову идея – он увидел, что орбита пульсара систематически смещается, и предположил, что может существовать еще одна звезда, которая влияет на орбиту пульсара. Эта система оказалась тройной. Рано утром он отправил электронное письмо Линчу, а затем и всем участникам сообщества, участвовавшим в анализе данных.

Затем Рэнсом совместно с Ингрид Стэйрс, Хесселсом, Арчибальд и Линчем занялся проверкой своего предположения. И действительно, все встало на место, когда в модель было введено третье тело – второй белый карлик, обращавшийся вокруг двойной звезды. Такой системы, состоящей из миллисекундного пульсара с двумя компаньонами звездной массы, никогда раньше не видели. “На тот момент у нас не было никакого представления, как работать с тройной системой”, – рассказала Арчибальд. Она в то время заканчивала свою диссертацию, посвященную анализу другого источника, который они нашли при той же двухмесячной съемке неба, – и с радостью отвлеклась от исправления орфографических ошибок. Она просмотрела электронную почту: коллеги жаловались, что не знают, как правильно хронометрировать тройную систему. “Я подумала, а нельзя ли просто… И около четырех часов утра начала писать код, используя тот же подход прямого интегрирования, которым мы до сих пор пользуемся”, – вспоминает она. На самом деле она не первый раз писала код для прямого интегрирования уравнений для системы n тел – системы с более чем двумя объектами. В возрасте пятнадцати лет она прочитала научно-фантастическую книжку “Мир-кольцо”. В ней описывалась инопланетная раса, которая живет на пяти планетах, обращающихся вокруг их общего центра масс. “Неужели она устойчива? – подумала я. – И я написала некий код для моделирования движения этой системы. Конечно, в пятнадцать лет я не понимала, что делаю, и сам код интегрирования был нестабильным, поэтому я так и не получила ответа. Но было ясно, что реализация интегрирования задачи п тел не должна быть трудной”.

Линч говорит, что с тройной системой “Энн Арчибальд проделала фантастическую работу, найдя численные решения, которые позволяют идеально описать орбиты всех этих трех звезд”. Ее работа позволила впоследствии использовать данную систему для проверки общей теории относительности крайне специфическим образом. Ученые поняли, что в этой системе три тела существуют в очень ограниченном пространстве, их орбиты меньше орбиты Земли, по которой она обращается вокруг Солнца, – и это здорово для проверки одного из следствий общей теории относительности, называемого сильным принципом эквивалентности.

Принцип эквивалентности – краеугольный камень общей теории относительности Эйнштейна. В нем утверждается, что гравитация действует на объекты одинаково, независимо от их состава или массы. В большинстве случаев физики работают только с менее строгой версией, называемой принципом слабой эквивалентности, который гласит, что объекты падают одинаково, независимо от их состава или массы, если их гравитация не слишком сильна. Известный пример: если убрать сопротивление воздуха и уронить перо и молоток с одной и той же высоты, они одновременно упадут на землю. Этот эксперимент был успешно продемонстрирован не только на Земле, в огромной вакуумной камере НАСА, но и на Луне.