A LIGO gravitációs hullámdetektor végre újra elérhető, izgalmas frissítésekkel, hogy még érzékenyebbé tegye

Három év kihagyás után az Egyesült Államok tudósai éppen bekapcsolták az olyan detektorokat, amelyek képesek gravitációs hullámok mérése- apró hullámok benne hely magát, amely az univerzumban utazik.

A fényhullámokkal ellentétben a gravitációs hullámok majdnem galaxisok, csillagok, gáz és por nem akadályozzák amelyek betöltik az univerzumot. Ez azt jelenti, hogy a gravitációs hullámok mérésével olyan asztrofizikusok, mint én közvetlenül a világegyetem leglátványosabb jelenségeinek szívébe pillanthat be.

2020 óta működik a Lézer Interferometrikus Gravitációs Hullám Obszervatórium – közismert nevén. LINK– szunnyadt, miközben néhány izgalmas frissítésen ment keresztül. Ezek a fejlesztések jelentősen növeli az érzékenységet a LIGO-ban, és lehetővé kell tennie a létesítmény számára, hogy megfigyelje a távolabbi objektumokat, amelyek kisebb hullámzást okoznak téridő.

Ha több olyan eseményt észlelünk, amelyek gravitációs hullámokat hoznak létre, a csillagászoknak több lehetőségük lesz megfigyelni az ugyanazon események által keltett fényt is. Egy esemény megtekintése több információs csatornán keresztül, az úgynevezett megközelítés több üzenetküldő csillagászat, biztosítja a csillagászoknak ritka és áhított lehetőségek hogy a fizikát messze túlmutatva minden laboratóriumi vizsgálaton.

Hullámok a téridőben

Szerint Einstein általános relativitáselmélete, a tömeg és az energia elvetemíti a tér és az idő alakját. A téridő elhajlása határozza meg, hogy a tárgyak hogyan mozognak egymáshoz képest – amit az emberek gravitációként élnek meg.

Gravitációs hullámok akkor jönnek létre, amikor a masszív objektumok szeretik a fekete lyukak vagy a neutroncsillagok egyesülnek egymással, hirtelen, nagy térbeli változásokat produkál. A tér vetemedésének és hajlításának folyamata hullámokat küld az univerzumban, mint a hullám egy csendes tavon. Ezek a hullámok a zavarástól minden irányban kifelé haladnak, miközben aprólékosan meghajlítják a teret, és folyamatosan változtatják az útjukban lévő tárgyak közötti távolságot.

[Beágyazott tartalmat]

Annak ellenére, hogy a gravitációs hullámokat kiváltó csillagászati ​​események a világegyetem legmasszívabb objektumainak egyikét érintik, a tér nyúlása és összehúzódása végtelenül kicsi. A Tejútrendszeren áthaladó erős gravitációs hullám csak három lábbal (egy méterrel) változtathatja meg az egész galaxis átmérőjét.

Az első gravitációs hullám megfigyelések

Noha először Einstein jósolta meg 1916-ban, a korszak tudósainak nem sok reményük volt a távolság apró változásainak mérésére, amelyeket a gravitációs hullámok elmélete feltételez.

2000 körül a Caltech, a Massachusetts Institute of Technology és a világ más egyetemeinek tudósai befejezték a valaha épített legpontosabb vonalzó megépítését.LINK.

A LIGO két különálló obszervatóriumból áll, az egyik a washingtoni Hanfordban, a másik pedig a louisianai Livingstonban található. Mindegyik obszervatórium óriás L alakú, két, 2.5 mérföld hosszú (négy kilométer hosszú) karral, amelyek a létesítmény közepéből 90 fokban nyúlnak ki egymáshoz.

A gravitációs hullámok mérésére a kutatók egy lézerrel világítanak a létesítmény közepétől a L. aljáig. Ott a lézert úgy osztják szét, hogy egy sugár halad végig mindkét karon, visszaverődik egy tükörről, és visszatér az alapra. Ha gravitációs hullám halad át a karokon, miközben a lézer világít, a két sugár kissé eltérő időpontban tér vissza a középpontba. Ennek a különbségnek a mérésével a fizikusok megállapíthatják, hogy gravitációs hullám haladt át a létesítményen.

A LIGO megkezdte működését a 2000-es évek elején, de nem volt elég érzékeny a gravitációs hullámok észlelésére. Így 2010-ben a LIGO csapata ideiglenesen leállította a létesítményt, hogy felléphessen frissítések az érzékenység növelése érdekében. Elindult a LIGO frissített verziója adatgyűjtés 2015-ben és szinte azonnal gravitációs hullámokat észlelt két fekete lyuk egyesüléséből keletkezett.

2015 óta a LIGO befejeződött három megfigyelési futás. Az első, az O1 futam körülbelül négy hónapig tartott; a második, O2, körülbelül kilenc hónap; a harmadik, az O3 pedig 11 hónapig futott, mielőtt a COVID-19 világjárvány miatt bezárták a létesítményeket. Az O2 futtatástól kezdve a LIGO közös megfigyelést végez egy Szűz nevű olasz csillagvizsgáló.

Az egyes futtatások között a tudósok javították a detektorok fizikai összetevőit és az adatelemzési módszereket. Az O3 futam végére, 2020 márciusára a LIGO és a Virgo együttműködés kutatói észlelték körülbelül 90 gravitációs hullám fekete lyukak és neutroncsillagok egyesüléséből.

Az obszervatóriumok még mindig még nem érték el maximális tervezési érzékenységüket. Így 2020-ban mindkét obszervatórium bezárt frissítések miatt ismét.

Néhány frissítés készítése

A tudósok dolgoztak azon számos technológiai fejlesztés.

Az egyik különösen ígéretes frissítés egy 1,000 láb (300 méter) hozzáadása volt. optikai üreg javítani a préselésnek nevezett technika. Az összenyomás lehetővé teszi a tudósok számára, hogy a fény kvantumtulajdonságai segítségével csökkentsék a detektorok zaját. Ezzel a frissítéssel a LIGO csapatának képesnek kell lennie a korábbinál sokkal gyengébb gravitációs hullámok észlelésére.

A csapattársaim és én adatkutatók a LIGO együttműködésben, és számos különböző frissítésen dolgozunk a LIGO adatok feldolgozására használt szoftver és azokat az algoritmusokat, amelyek felismerik gravitációs hullámok jelei abban az adatban. Ezek az algoritmusok úgy működnek, hogy megfelelő mintákat keresnek milliós elméleti modellek a lehetséges fekete lyuk és neutroncsillag egyesülési eseményekről. A továbbfejlesztett algoritmusnak könnyebben ki kell tudnia venni a gravitációs hullámok halvány jeleit a háttérzajból az adatokból, mint az algoritmusok korábbi verziói.

A csillagászat nagy felbontású korszaka

2023 májusának elején a LIGO megkezdte a rövid tesztüzemet – úgynevezett mérnöki futtatást –, hogy megbizonyosodjon arról, hogy minden működik. Május 18-án a LIGO valószínűleg gravitációs hullámokat észlelt egy neutroncsillag fekete lyukká egyesüléséből keletkezett.

A LIGO 20 hónapos megfigyelése 04 hivatalosan május 24-én kezdődött, és később csatlakozik hozzá a Virgo és egy új japán obszervatórium – a Kamioka Gravitational Wave Detector vagy a KAGRA.

Noha ennek a futtatásnak számos tudományos célja van, különös hangsúlyt fektetnek a gravitációs hullámok valós idejű észlelésére és lokalizálására. Ha a csapat képes azonosítani egy gravitációs hullám eseményt, kitalálni, honnan származnak a hullámok, és gyorsan figyelmeztetni a többi csillagászt ezekre a felfedezésekre, akkor a csillagászok más távcsöveket irányíthatnak a forrásnál, amelyek látható fényt, rádióhullámokat vagy más típusú adatokat gyűjtenek. a gravitációs hullám. Több csatorna információgyűjtése egyetlen eseményről –több üzenetküldő asztrofizika– olyan, mintha színt és hangot adnánk egy fekete-fehér némafilmhez, és sokkal mélyebb megértést nyújthat az asztrofizikai jelenségekről.

A csillagászok csak egyetlen eseményt figyeltek meg gravitációs hullámokban és látható fényben egyaránt a mai napig – az egyesülése két neutroncsillag 2017-ben. De ebből az egyetlen eseményből a fizikusok tanulmányozhatták a az univerzum kibővítése és erősítse meg egyesek eredetét az univerzum legerősebb eseményei néven gamma-sugárzás tört.

Az O4 futtatásával a csillagászok hozzáférhetnek a történelem legérzékenyebb gravitációs hullám-obszervatóriumaihoz, és remélhetőleg több adatot gyűjtenek össze, mint valaha. Kollégáimmal abban reménykedünk, hogy az elkövetkező hónapokban egy – vagy talán több – több üzenetet hordozó megfigyelés születik majd, amely a modern asztrofizika határait feszegeti.

Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.

A kép jóvoltából: a NASA Goddard Űrrepülési Központja/Scott Noble; szimulációs adatok, d'Ascoli et al. 2018

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoAiStream. Web3 adatintelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• A jövő pénzverése – Adryenn Ashley. Hozzáférés itt.
• Részvények vásárlása és eladása PRE-IPO társaságokban a PREIPO® segítségével. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://singularityhub.com/2023/05/28/gravitational-wave-detector-ligo-is-finally-back-online-with-exciting-upgrades-to-make-it-way-more-sensitive/