Gravitaatioaallonilmaisin LIGO on vihdoinkin palannut verkkoon jännittävillä päivityksillä, jotka tekevät siitä entistä herkemmän

Kolmen vuoden tauon jälkeen yhdysvaltalaiset tutkijat ovat juuri ottaneet käyttöön ilmaisimet, jotka pystyvät gravitaatioaaltojen mittaaminen- pieniä aaltoja sisään tila itse, joka kulkee maailmankaikkeuden halki.

Toisin kuin valoaallot, gravitaatioaallot ovat melkein galaksit, tähdet, kaasu ja pöly eivät estä sitä jotka täyttävät maailmankaikkeuden. Tämä tarkoittaa, että mittaamalla gravitaatioaaltoja, astrofyysikot kuten minä voi kurkistaa suoraan joidenkin maailmankaikkeuden upeimpien ilmiöiden ytimeen.

Vuodesta 2020 lähtien Laser Interferometric Gravitational-Wave Observatory, joka tunnetaan yleisesti nimellä LIGO-on ollut lepotilassa, kun siihen on tehty jännittäviä päivityksiä. Nämä parannukset tulevat olemaan lisää herkkyyttä merkittävästi LIGO:sta ja sen pitäisi antaa laitokselle mahdollisuus tarkkailla kauempana olevia kohteita, jotka tuottavat pienempiä väreitä spacetime.

Havaitsemalla enemmän tapahtumia, jotka luovat gravitaatioaaltoja, tähtitieteilijöillä on enemmän mahdollisuuksia myös tarkkailla samojen tapahtumien tuottamaa valoa. Tapahtuman näkeminen useiden tietokanavien kautta, lähestymistapaa kutsutaan monen sanansaattajan tähtitiede, tarjoaa tähtitieteilijöille harvinaisia ​​ja haluttuja mahdollisuuksia oppia fysiikasta paljon pidemmälle kuin laboratoriokokeet.

Ripples avaruudessa

Mukaan Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria, massa ja energia vääntävät tilan ja ajan muotoa. Avaruuden taipuminen määrittää, kuinka esineet liikkuvat suhteessa toisiinsa – mitä ihmiset kokevat painovoimana.

Gravitaatioaaltoja syntyy, kun massiiviset esineet pitävät mustat aukot tai neutronitähdet sulautuvat toisiinsa, joka tuottaa äkillisiä, suuria muutoksia avaruudessa. Avaruuden vääntymis- ja taipumisprosessi lähettää aaltoiluja ympäri maailmankaikkeutta, kuten a aalto tyynen lammen poikki. Nämä aallot etenevät kaikkiin suuntiin häiriöstä, taivuttaen samalla vähän tilaa ja muuttaen jatkuvasti hieman matkalla olevien kohteiden välistä etäisyyttä.

[Upotetun sisällön]

Vaikka gravitaatioaaltoja tuottaviin tähtitieteellisiin tapahtumiin liittyy joitain maailmankaikkeuden massiivisimpia esineitä, avaruuden venyminen ja supistuminen on äärettömän pientä. Linnunradan läpi kulkeva voimakas gravitaatioaalto saattaa muuttaa koko galaksin halkaisijaa vain kolmella jalalla (yksi metri).

Ensimmäiset gravitaatioaaltojen havainnot

Vaikka Einstein ennusti ensimmäisen kerran vuonna 1916, tuon aikakauden tiedemiehillä ei ollut juurikaan toivoa mitata gravitaatioaaltojen teorian olettaa pieniä etäisyyden muutoksia.

Vuoden 2000 tienoilla Caltechin, Massachusetts Institute of Technologyn ja muiden yliopistojen tutkijat ympäri maailmaa valmistuivat pohjimmiltaan tarkimman koskaan rakennetun viivaimen rakentamisesta.LIGO.

LIGO koostuu kahdesta erillisestä observatoriosta, joista toinen sijaitsee Hanfordissa Washingtonissa ja toinen Livingstonissa Louisianassa. Jokainen observatorio on muotoiltu jättiläismäiseksi L:ksi, jossa on kaksi 2.5 mailia pitkää (neljä kilometriä pitkää) vartta, jotka ulottuvat laitoksen keskustasta 90 asteen kulmassa toisiinsa nähden.

Gravitaatioaaltojen mittaamiseksi tutkijat säteilevät laseria laitoksen keskustasta L:n pohjalle. Siellä laser jaetaan siten, että säde kulkee kutakin käsivartta pitkin, heijastuu peilistä ja palaa pohjaan. Jos gravitaatioaalto kulkee käsivarsien läpi laserin loistaessa, kaksi sädettä palaavat keskelle aina hieman eri aikoina. Mittaamalla tämän eron fyysikot voivat havaita, että gravitaatioaalto kulki laitoksen läpi.

LIGO aloitti toimintansa 2000-luvun alussa, mutta se ei ollut tarpeeksi herkkä havaitsemaan gravitaatioaaltoja. Joten vuonna 2010 LIGO-tiimi sulki tilapäisesti laitoksen esiintyäkseen päivitykset herkkyyden lisäämiseksi. LIGO:n päivitetty versio alkoi kerätä tietoja vuonna 2015 ja lähes välittömästi havaittu gravitaatioaaltoja syntyy kahden mustan aukon yhdistämisestä.

Vuodesta 2015 lähtien LIGO on valmistunut kolme havaintoajoa. Ensimmäinen, ajo O1, kesti noin neljä kuukautta; toinen, O2, noin yhdeksän kuukautta; ja kolmas, O3, toimi 11 kuukautta ennen kuin COVID-19-pandemia pakotti tilat sulkemaan. Ajosta O2 alkaen LIGO on havainnut yhdessä an Italialainen observatorio nimeltä Virgo.

Jokaisen ajon välillä tutkijat paransivat ilmaisimien fyysisiä komponentteja ja data-analyysimenetelmiä. O3-ajon loppuun mennessä maaliskuussa 2020 LIGO- ja Virgo-yhteistyön tutkijat olivat havainneet noin 90 gravitaatioaaltoa mustien aukkojen ja neutronitähtien sulautumisesta.

Observatoriot ovat edelleen eivät vielä saavuttaneet maksimaalista suunnitteluherkkyyttään. Joten vuonna 2020 molemmat observatoriot suljettiin päivitysten vuoksi taas.

Joidenkin päivitysten tekeminen

Tiedemiehet ovat työskennelleet monia teknisiä parannuksia.

Yksi erityisen lupaava päivitys sisälsi 1,000 jalan (300 metrin) lisäyksen. optinen onkalo parantamaan a tekniikkaa, jota kutsutaan puristamiseksi. Puristamisen avulla tutkijat voivat vähentää ilmaisinkohinaa käyttämällä valon kvanttiominaisuuksia. Tämän päivityksen myötä LIGO-tiimin pitäisi pystyä havaitsemaan paljon heikompia gravitaatioaaltoja kuin ennen.

Joukkuekaverini ja minä ovat datatieteilijöitä LIGO-yhteistyössä, ja olemme työstäneet useita erilaisia ​​päivityksiä ohjelmisto, jota käytetään LIGO-tietojen käsittelyyn ja algoritmit, jotka tunnistavat gravitaatioaaltojen merkkejä näissä tiedoissa. Nämä algoritmit toimivat etsimällä sopivia malleja miljoonien teoreettiset mallit mahdollisista mustan aukon ja neutronitähtien fuusion tapahtumista. Parannetun algoritmin pitäisi pystyä poimimaan helpommin gravitaatioaaltojen heikkoja merkkejä datan taustamelusta kuin algoritmien aikaisemmat versiot.

Astronomian korkealaatuinen aikakausi

Toukokuun alussa 2023 LIGO aloitti lyhyen testiajon, jota kutsutaan tekniseksi ajoksi, varmistaakseen, että kaikki toimii. Toukokuun 18. päivänä LIGO havaitsi todennäköisesti gravitaatioaaltoja syntyy neutronitähdestä, joka sulautuu mustaan ​​aukkoon.

LIGO:n 20 kuukauden havaintoajo 04 virallisesti alkoi 24. ja myöhemmin siihen liittyy Virgo ja uusi japanilainen observatorio - Kamioka Gravitational Wave Detector tai KAGRA.

Vaikka tällä juoksulla on monia tieteellisiä tavoitteita, siinä keskitytään erityisesti gravitaatioaaltojen havaitsemiseen ja paikallistamiseen reaaliajassa. Jos ryhmä pystyy tunnistamaan gravitaatioaaltotapahtuman, selvittämään, mistä aallot ovat peräisin, ja varoittaa muita tähtitieteilijöitä näistä löydöistä nopeasti, tähtitieteilijät voivat osoittaa lähteelle muita kaukoputkia, jotka keräävät näkyvää valoa, radioaaltoja tai muun tyyppistä dataa. gravitaatioaalto. Useiden kanavien tiedon kerääminen yhdestä tapahtumastamonen lähettimen astrofysiikka-on kuin värin ja äänen lisääminen mustavalkoiseen mykkäelokuvaan ja voi tarjota paljon syvemmän ymmärryksen astrofysikaalisista ilmiöistä.

Tähtitieteilijät ovat havainneet vain yhden tapahtuman sekä painovoima-aalloissa että näkyvässä valossa tähän mennessä - fuusio kaksi neutronitähteä nähtiin vuonna 2017. Mutta tämän yksittäisen tapahtuman perusteella fyysikot pystyivät tutkimaan maailmankaikkeuden laajeneminen ja vahvistaa joidenkin alkuperän universumin energisimpiä tapahtumia tunnetaan gammasäte purskuu.

Ajon O4:n avulla tähtitieteilijät pääsevät historian herkimpiin gravitaatioaaltojen observatorioihin ja toivottavasti keräävät enemmän tietoa kuin koskaan ennen. Kollegani ja minä toivomme, että tulevina kuukausina saadaan aikaan yksi – tai ehkä useita – usean lähettimen havaintoja, jotka ylittävät modernin astrofysiikan rajoja.

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

Kuvan ansiot: NASAn Goddard Space Flight Center/Scott Noble; simulaatiotiedot, d'Ascoli et ai. 2018

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Tulevaisuuden lyöminen Adryenn Ashley. Pääsy tästä.
• Osta ja myy osakkeita PRE-IPO-yhtiöissä PREIPO®:lla. Pääsy tästä.
• Lähde: https://singularityhub.com/2023/05/28/gravitational-wave-detector-ligo-is-finally-back-online-with-exciting-upgrades-to-make-it-way-more-sensitive/