Gravitatsioonilainete detektor LIGO on lõpuks taas võrgus koos põnevate uuendustega, et muuta see tundlikumaks

Pärast kolmeaastast pausi lülitasid USA teadlased just sisse detektorid, mis on võimelised gravitatsioonilainete mõõtmine- pisikesed lained sisse ruum ise, mis rändavad läbi universumi.

Erinevalt valguslainetest on gravitatsioonilained peaaegu mida takistavad galaktikad, tähed, gaas ja tolm mis täidavad universumi. See tähendab, et gravitatsioonilaineid mõõtes, astrofüüsikud nagu mina saab piiluda otse mõne universumi kõige suurejoonelisema nähtuse südamesse.

Alates 2020. aastast on laserinterferomeetriline gravitatsioonilainete vaatluskeskus, üldtuntud kui LIGO— on seisnud uinunud ajal, kui see on läbinud põnevaid uuendusi. Need täiustused saavad suurendab oluliselt tundlikkust LIGO-st ja see peaks võimaldama rajatisel jälgida kaugemaid objekte, mis tekitavad väiksemaid lainetusi aegruum.

Kui tuvastada rohkem sündmusi, mis tekitavad gravitatsioonilaineid, on astronoomidel rohkem võimalusi jälgida ka samade sündmuste tekitatud valgust. Sündmuse nägemine mitme teabekanali kaudu, lähenemine nimega mitme sõnumiga astronoomia, pakub astronoomid haruldased ja ihaldatud võimalused õppida füüsikat kaugelt kaugemale mis tahes laboratoorsetest katsetest.

Lainetus aegruumis

Järgi Einsteini üldrelatiivsusteooria, mass ja energia moonutavad ruumi ja aja kuju. Ajaruumi paindumine määrab, kuidas objektid üksteise suhtes liiguvad – mida inimesed kogevad gravitatsioonina.

Gravitatsioonilained tekivad siis, kui massiivsetele objektidele meeldib mustad augud või neutrontähed ühinevad üksteisega, tekitades äkilisi suuri muutusi ruumis. Ruumi väänamise ja paindumise protsess saadab lainetust üle universumi nagu a laine üle paigalseisva tiigi. Need lained levivad häiretest kõigis suundades, painutades seda tehes ruumi pisut ja muutes alati veidi nende teel olevate objektide vahelist kaugust.

[Varjatud sisu]

Kuigi gravitatsioonilaineid tekitavad astronoomilised sündmused hõlmavad mõningaid universumi kõige massiivsemaid objekte, on ruumi venitamine ja kokkutõmbumine lõpmatult väike. Linnuteed läbiv tugev gravitatsioonilaine võib muuta kogu galaktika läbimõõtu vaid kolme jala (ühe meetri) võrra.

Esimesed gravitatsioonilaine vaatlused

Kuigi Einstein ennustas esimest korda 1916. aastal, ei olnud selle ajastu teadlastel suurt lootust mõõta gravitatsioonilainete teooriast tulenevaid kauguse väikseid muutusi.

2000. aasta paiku lõpetasid Caltechi, Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi ja teiste maailma ülikoolide teadlased sisuliselt kõige täpsema joonlaua ehitamise, mis eales ehitatud.LIGO.

LIGO koosneb kahest eraldiseisvast vaatluskeskusest, millest üks asub Washingtonis Hanfordis ja teine ​​Louisiana osariigis Livingstonis. Iga observatoorium on hiiglasliku L-kujuline, millel on kaks 2.5 miili pikkust (nelja kilomeetri pikkust) kätt, mis ulatuvad rajatise keskelt üksteise suhtes 90 kraadi nurga all.

Gravitatsioonilainete mõõtmiseks kiirgavad teadlased laserit rajatise keskelt L-i alusele. Seal jagatakse laser nii, et kiir liigub mööda mõlemat kätt alla, peegeldub peeglilt ja naaseb alusele. Kui gravitatsioonilaine läbib käsivarsi laseri säramise ajal, naasevad need kaks kiirt keskpunkti veidi erinevatel aegadel. Seda erinevust mõõtes saavad füüsikud tuvastada, et rajatist läbis gravitatsioonilaine.

LIGO alustas tegevust 2000. aastate alguses, kuid see ei olnud gravitatsioonilainete tuvastamiseks piisavalt tundlik. Seega sulges LIGO meeskond 2010. aastal ajutiselt esinemisvõimaluse uuendused tundlikkuse suurendamiseks. Algas LIGO täiendatud versioon kogudes andmeid 2015. aastal ja peaaegu kohe tuvastas gravitatsioonilaineid toodetud kahe musta augu ühinemisel.

Alates 2015. aastast on LIGO valminud kolm vaatlussõitu. Esimene, O1, kestis umbes neli kuud; teine, O2, umbes üheksa kuud; ja kolmas, O3, kestis 11 kuud, enne kui COVID-19 pandeemia sundis rajatisi sulgema. Alates jooksust O2 on LIGO vaatlenud koos an Itaalia observatoorium nimega Virgo.

Iga jooksu vahel täiustasid teadlased detektorite füüsilisi komponente ja andmeanalüüsi meetodeid. O3 jooksu lõpuks 2020. aasta märtsis olid LIGO ja Virgo koostöö teadlased tuvastanud umbes 90 gravitatsioonilainet mustade aukude ja neutrontähtede ühinemisest.

Observatooriumid on ikka veel pole veel saavutanud oma maksimaalset disainitundlikkust. Seega suleti 2020. aastal mõlemad vaatluskeskused uuendamiseks veel kord.

Mõnede uuenduste tegemine

Teadlased on selle kallal töötanud palju tehnoloogilisi täiustusi.

Üks eriti paljutõotav uuendus hõlmas 1,000 jala (300 meetri) lisamist. optiline õõnsus parandada a tehnikat, mida nimetatakse pigistamiseks. Pigistamine võimaldab teadlastel vähendada detektori müra, kasutades valguse kvantomadusi. Selle uuendusega peaks LIGO meeskond suutma tuvastada senisest palju nõrgemaid gravitatsioonilaineid.

Minu meeskonnakaaslased ja mina on LIGO koostöös andmeteadlased ja oleme töötanud mitme erineva versiooniuuenduse kallal tarkvara, mida kasutatakse LIGO andmete töötlemiseks ja algoritme, mis tunnevad ära gravitatsioonilainete märke nendes andmetes. Need algoritmid toimivad, otsides sobivaid mustreid miljonite teoreetilised mudelid võimalikest mustade aukude ja neutrontähtede ühinemissündmustest. Täiustatud algoritm peaks suutma andmete taustamürast kergemini välja tuua gravitatsioonilainete nõrgad märgid kui algoritmide varasemad versioonid.

Kõrglahutusega astronoomia ajastu

2023. aasta mai alguses alustas LIGO lühikest testsõitu, mida nimetatakse inseneritööks, et veenduda, et kõik töötab. 18. mail tuvastas LIGO tõenäoliselt gravitatsioonilaineid tekkinud neutrontähe ühinemisest mustaks auguks.

LIGO 20-kuuline vaatlus 04 ametlikult algas 24. mail ja hiljem liituvad sellega Virgo ja uus Jaapani observatoorium – Kamioka gravitatsioonilainedetektor ehk KAGRA.

Kuigi sellel jooksul on palju teaduslikke eesmärke, pööratakse erilist tähelepanu gravitatsioonilainete tuvastamisele ja lokaliseerimisele reaalajas. Kui meeskond suudab tuvastada gravitatsioonilaine sündmuse, välja selgitada, kust lained tulid, ja hoiatada teisi astronoome nende avastuste eest kiiresti, võimaldaks see astronoomidel suunata teisi teleskoope, mis koguvad allikas nähtavat valgust, raadiolaineid või muud tüüpi andmeid. gravitatsioonilainest. Mitme kanali teabe kogumine ühe sündmuse kohta –mitme sõnumiga astrofüüsika— on nagu mustvalgele tummfilmile värvi ja heli lisamine ning võib anda palju sügavama arusaama astrofüüsikalistest nähtustest.

Astronoomid on täheldanud ainult ühte sündmust nii gravitatsioonilainetes kui ka nähtavas valguses tänaseni – ühinemine kaks neutrontähte, mida nähti 2017. aastal. Kuid selle ainsa sündmuse põhjal said füüsikud seda uurida universumi paisumine ja kinnitada mõne päritolu universumi kõige energilisemad sündmused tuntud kui gammakiirguse pursked.

O4 käivitamisega saavad astronoomid juurdepääsu ajaloo kõige tundlikumatele gravitatsioonilainete vaatluskeskustele ja loodetavasti koguvad nad rohkem andmeid kui kunagi varem. Mu kolleegid ja mina loodame, et järgmiste kuude tulemuseks on üks või võib-olla palju mitme sõnumiga vaatlusi, mis nihutavad kaasaegse astrofüüsika piire.

See artikkel avaldatakse uuesti Vestlus Creative Commonsi litsentsi all. Loe algse artikli.

Pildi autoriteet: NASA Goddardi kosmoselennukeskus/Scott Noble; simulatsiooniandmed, d'Ascoli et al. 2018. aasta

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoAiStream. Web3 andmete luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Tuleviku rahapaja Adryenn Ashley. Juurdepääs siia.
• Ostke ja müüge IPO-eelsete ettevõtete aktsiaid koos PREIPO®-ga. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://singularityhub.com/2023/05/28/gravitational-wave-detector-ligo-is-finally-back-online-with-exciting-upgrades-to-make-it-way-more-sensitive/