كاشف الموجات الثقالية LIGO عاد أخيرًا إلى الإنترنت مع ترقيات مثيرة لجعله أكثر حساسية

بعد توقف دام ثلاث سنوات ، قام العلماء في الولايات المتحدة للتو بتشغيل أجهزة كشف قادرة على ذلك قياس موجات الجاذبية—تموجات صغيرة في الفضاء نفسها التي تسافر عبر الكون.

على عكس موجات الضوء ، فإن موجات الجاذبية تقترب لا تعوقه المجرات والنجوم والغاز والغبار التي تملأ الكون. هذا يعني أنه بقياس موجات الجاذبية ، علماء الفيزياء الفلكية مثلي يمكن أن يلقي نظرة خاطفة مباشرة على قلب بعض أكثر الظواهر إثارة في الكون.

منذ عام 2020 ، مرصد الليزر لموجات الجاذبية التداخلية - المعروف باسم LIGO—كان جالسًا نائمًا أثناء خضوعه لبعض الترقيات المثيرة. هذه التحسينات سوف زيادة الحساسية بشكل كبير LIGO ويجب أن تسمح للمنشأة برصد الأجسام البعيدة التي تنتج تموجات أصغر في الزمكان.

من خلال اكتشاف المزيد من الأحداث التي تخلق موجات الجاذبية ، سيكون هناك المزيد من الفرص لعلماء الفلك لمراقبة الضوء الناتج عن تلك الأحداث نفسها. رؤية حدث من خلال قنوات متعددة للمعلومات، وهو نهج يسمى متعدد الرسول علم الفلك، يوفر علماء الفلك الفرص النادرة والمطلوبة للتعرف على الفيزياء التي تتجاوز نطاق أي اختبار معمل.

تموجات في الزمكان

وفقًا نظرية النسبية العامة لأينشتاينوالكتلة والطاقة تشوه شكل المكان والزمان. يحدد انحناء الزمكان كيف تتحرك الأجسام بالنسبة لبعضها البعض - ما يختبره الناس كجاذبية.

يتم إنشاء موجات الجاذبية عندما تشبه الأجسام الضخمة تندمج الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية مع بعضها البعض، مما ينتج عنه تغييرات كبيرة ومفاجئة في الفضاء. ترسل عملية الثني والانثناء في الفضاء تموجات عبر الكون مثل a موجة عبر بركة ثابتة. تنتقل هذه الموجات في جميع الاتجاهات من اضطراب ، مما يؤدي إلى انحناء الفضاء بدقة أثناء قيامهم بذلك ، ويغيرون المسافة بين الأشياء في طريقهم بشكل طفيف.

[المحتوى جزءا لا يتجزأ]

على الرغم من أن الأحداث الفلكية التي تنتج موجات الجاذبية تتضمن بعضًا من أضخم الأجسام في الكون ، فإن تمدد وتقلص الفضاء صغير للغاية. يمكن لموجة جاذبية قوية تمر عبر درب التبانة أن تغير قطر المجرة بأكملها بمقدار ثلاثة أقدام (متر واحد).

أول ملاحظات موجة الجاذبية

على الرغم من توقع أينشتاين لأول مرة في عام 1916 ، لم يكن لدى العلماء في تلك الحقبة أمل كبير في قياس التغيرات الطفيفة في المسافة التي افترضتها نظرية موجات الجاذبية.

في حوالي عام 2000 ، انتهى العلماء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعات أخرى حول العالم من بناء ما هو أساسًا أكثر المسطرة دقة على الإطلاق -LIGO.

يتكون LIGO من مرصدين منفصلين، أحدهما يقع في هانفورد ، واشنطن ، والآخر في ليفينغستون ، لويزيانا. يتشكل كل مرصد على شكل حرف L عملاق وذراعان طولهما 2.5 ميل (أربعة كيلومترات) يمتدان من وسط المنشأة بزاوية 90 درجة لبعضهما البعض.

لقياس موجات الجاذبية ، يقوم الباحثون بتسليط الليزر من مركز المنشأة إلى قاعدة L. هناك ، يتم تقسيم الليزر بحيث ينتقل شعاع إلى أسفل كل ذراع ، وينعكس على المرآة ويعود إلى القاعدة. إذا مرت موجة جاذبية عبر الذراعين أثناء تألق الليزر ، فإن الشعاعين سيعودان إلى المركز في أوقات مختلفة قليلاً. من خلال قياس هذا الاختلاف ، يمكن للفيزيائيين تمييز أن موجة الجاذبية مرت عبر المنشأة.

بدأ LIGO في العمل في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، لكنها لم تكن حساسة بما يكفي لاكتشاف موجات الجاذبية. لذلك ، في عام 2000 ، قام فريق LIGO بإغلاق المنشأة مؤقتًا للعمل ترقيات لتعزيز الحساسية. بدأت النسخة المطورة من LIGO جمع البيانات في عام 2015 وعلى الفور تقريبًا الكشف عن موجات الجاذبية نتجت عن اندماج ثقبين أسودين.

منذ عام 2015 ، اكتمل LIGO ثلاثة أشواط المراقبة. الأول ، تشغيل O1 ، استمر حوالي أربعة أشهر ؛ الثاني ، O2 ، حوالي تسعة أشهر ؛ والثالث ، O3 ، استمر لمدة 11 شهرًا قبل أن يجبر جائحة COVID-19 المنشآت على الإغلاق. بدءًا من التشغيل O2 ، ظل LIGO يراقب بشكل مشترك مع المرصد الإيطالي يسمى برج العذراء.

بين كل شوط ، قام العلماء بتحسين المكونات المادية للكاشفات وطرق تحليل البيانات. بحلول نهاية التشغيل O3 في مارس 2020 ، اكتشف الباحثون في تعاون LIGO و Virgo حوالي 90 موجات جاذبية من اندماج الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية.

المراصد لا تزال لم تحقق بعد حساسية التصميم القصوى. لذلك ، في عام 2020 ، تم إغلاق كلا المرصدين لإجراء عمليات ترقية مرة أخرى.

إجراء بعض الترقيات

كان العلماء يعملون على العديد من التحسينات التكنولوجية.

تضمنت إحدى التحديثات الواعدة بشكل خاص إضافة 1,000 قدم (300 متر) التجويف البصري لتحسين أ تقنية تسمى الضغط. يسمح الضغط للعلماء بتقليل ضوضاء الكاشف باستخدام الخصائص الكمومية للضوء. مع هذه الترقية ، يجب أن يكون فريق LIGO قادرًا على اكتشاف موجات الجاذبية الأضعف بكثير من ذي قبل.

أنا وزملائي في الفريق هم علماء بيانات في تعاون LIGO ، وقد عملنا على عدد من الترقيات المختلفة لـ البرمجيات المستخدمة لمعالجة بيانات LIGO والخوارزميات التي تتعرف عليها علامات موجات الجاذبية في تلك البيانات. تعمل هذه الخوارزميات من خلال البحث عن الأنماط المتطابقة نماذج نظرية للملايين لأحداث الاندماج المحتملة للثقب الأسود والنجوم النيوترونية. يجب أن تكون الخوارزمية المحسّنة قادرة على التقاط الإشارات الباهتة لموجات الجاذبية من ضوضاء الخلفية في البيانات بسهولة أكبر من الإصدارات السابقة من الخوارزميات.

عصر عالي الدقة في علم الفلك

في أوائل مايو 2023 ، بدأ LIGO في تشغيل اختبار قصير - يسمى التشغيل الهندسي - للتأكد من أن كل شيء يعمل. في 18 مايو ، اكتشف ليجو وجود موجات ثقالية محتملة نتجت عن اندماج نجم نيوتروني في ثقب أسود.

بدأت ملاحظة LIGO لمدة 20 شهرًا في 04 رسميًا بدأت في 24 مايو ، وسينضم إليها لاحقًا برج العذراء ومرصد ياباني جديد - كاشف الموجات الثقالية Kamioka ، أو KAGRA.

في حين أن هناك العديد من الأهداف العلمية لهذا المدى ، إلا أن هناك تركيزًا خاصًا على اكتشاف موجات الجاذبية وتحديد موقعها في الوقت الفعلي. إذا تمكن الفريق من تحديد حدث الموجات الثقالية ، ومعرفة مصدر الموجات وتنبيه علماء الفلك الآخرين إلى هذه الاكتشافات بسرعة ، فسيتيح ذلك لعلماء الفلك توجيه التلسكوبات الأخرى التي تجمع الضوء المرئي أو موجات الراديو أو أنواع أخرى من البيانات عند المصدر لموجة الجاذبية. جمع قنوات متعددة للمعلومات حول حدث واحد -الفيزياء الفلكية متعددة الرسائل—يمثل إضافة اللون والصوت إلى فيلم صامت باللونين الأبيض والأسود ويمكن أن يوفر فهمًا أعمق بكثير للظواهر الفيزيائية الفلكية.

لاحظ علماء الفلك حدثًا واحدًا فقط في كل من موجات الجاذبية والضوء المرئي حتى الآن - اندماج نجمان نيوترونيان شوهدوا في عام 2017. ولكن من هذا الحدث الفردي ، تمكن الفيزيائيون من دراسة توسع الكون وتأكيد أصل بعض الأحداث الأكثر نشاطًا في الكون خضراء على شكل فطيرة تُعرف باسم انفجارات أشعة جاما.

مع تشغيل O4 ، سيتمكن علماء الفلك من الوصول إلى مراصد موجات الجاذبية الأكثر حساسية في التاريخ ونأمل أن يجمعوا بيانات أكثر من أي وقت مضى. نتمنى أنا وزملائي أن تسفر الأشهر القادمة عن رصد واحد - أو ربما العديد - متعدد الرسائل التي ستدفع حدود الفيزياء الفلكية الحديثة.

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

حقوق الصورة: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا / سكوت نوبل ؛ بيانات المحاكاة ، داسكولي وآخرون. 2018

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• أفلاطونايستريم. ذكاء بيانات Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• سك المستقبل مع أدرين أشلي. الوصول هنا.
• شراء وبيع الأسهم في شركات ما قبل الاكتتاب مع PREIPO®. الوصول هنا.
• المصدر https://singularityhub.com/2023/05/28/gravitational-wave-detector-ligo-is-finally-back-online-with-exciting-upgrades-to-make-it-way-more-sensitive/