Вселенная Эйнштейна – это волшебное место. Почти идеальные сферы вращаются там друг вокруг друга, как мячи жонглера. Однако их диаметры превышают дюжину километров, а чайная ложка их сверхплотного вещества весила бы более десяти миллиардов тонн – больше, чем гора Эверест.

Эти сферы – нейтронные звезды. Впервые их обнаружили в 1967 году. Это ядра сгоревших гигантских солнц, а их внешние оболочки были выброшены в космос в виде сверхновых.

А поскольку большинство звезд во Вселенной двойные – то эти звездные руины часто тоже кружатся парами. Астрономы уже открыли около двух десятков подобных пар. Эти странные звезды позволяют с высокой точностью проверить общую теорию относительности – для сильных гравитационных полей и такими способами, которые невозможны в Солнечной системе. Данные, полученные от двух таких пар нейтронных звезд, являются лучшим подтверждением теории Эйнштейна. Они также предоставили первое доказательство существования гравитационных волн.

Первая система из двух нейтронных звезд нашлась на расстоянии около 21000 световых лет от нас в созвездии Орла. Ее называют PSR 1913+16 – по ее небесным координатам. Она была обнаружена Расселом Халсом[94] и его научным руководителем Джозефом Тейлором[95]в 1974 году с помощью радиотелескопа «Аресибо» на острове Пуэрто-Рико. В 1993 году они получили Нобелевскую премию по физике. Потому что вскоре после открытия стало ясно, что с помощью PSR 1913+16 можно исследовать новые релятивистские эффекты. Две нейтронные звезды с массой 1,4 от массы Солнца каждая совершают один оборот по сильно вытянутым орбитам каждые 7,75 часа с максимальным расстоянием 1,95 миллиона километров. На протяжении многих десятилетий астрономы делали чрезвычайно точные измерения радиоизлучения, которые позволили определить восемь различных релятивистских параметров в дополнение к классическим, таким как форма и период орбит. Это позволило проверить положения общей теории относительности в случае сильных гравитационных полей.

Кроме того, астрономы обнаружили, что орбитальный период PSR 1913+16 уменьшается примерно на 75 миллионных долей секунды в год. Две звезды кружатся все быстрее и все ближе друг к другу.

Расстояние между ними сокращается примерно на 3,5 метра в земной год, поэтому нейтронные звезды столкнутся друг с другом примерно через 302 миллиона лет. Это происходит потому, что ускоренные массы излучают энергию в виде гравитационных волн. Полученные данные с точностью до 0,2 процента совпадают с прогнозом общей теории относительности. Таким образом, данные PSR 1913+16 впервые доказали, что предсказание Эйнштейна о гравитационных волнах верно.

В 2003 году двойная система PSR J0737-3039 была обнаружена в созвездии Кормы, на расстоянии около 4000 световых лет. Эти нейтронные звезды оборачиваются друг вокруг друга каждые 147 минут со скоростью около миллиона километров в час. Их разделяет 900000 километров. Но так как они испускают гравитационные волны, то сближаются на 2,5 метра в год и сольются через 85 миллионов лет. С их помощью впервые удалось измерить характерное колебание оси вращения (релятивистскую прецессию), а также эффект Шапиро[96]. Все измерения с точностью до 0,02 процента соответствуют предсказаниям общей теории относительности. Более того, они уже поставили под сомнение или даже опровергли некоторые альтернативные теории гравитации.