Detektor Gelombang Gravitasi LIGO Akhirnya Kembali Online Dengan Pembaruan Menarik untuk Membuatnya Lebih Sensitif

Setelah jeda tiga tahun, para ilmuwan di AS baru saja mengaktifkan detektor yang mampu mengukur gelombang gravitasi—riak kecil masuk ruang sendiri yang melakukan perjalanan melalui alam semesta.

Tidak seperti gelombang cahaya, gelombang gravitasi hampir tidak terhalang oleh galaksi, bintang, gas, dan debu yang memenuhi alam semesta. Ini berarti bahwa dengan mengukur gelombang gravitasi, ahli astrofisika seperti saya dapat mengintip langsung ke jantung beberapa fenomena paling spektakuler di alam semesta.

Sejak 2020, Laser Interferometric Gravitational-Wave Observatory—umumnya dikenal sebagai LIGO—telah tidak aktif saat menjalani beberapa peningkatan yang menarik. Perbaikan ini akan secara signifikan meningkatkan sensitivitas LIGO dan harus memungkinkan fasilitas untuk mengamati objek yang lebih jauh yang menghasilkan riak yang lebih kecil ruang waktu.

Dengan mendeteksi lebih banyak peristiwa yang menciptakan gelombang gravitasi, akan ada lebih banyak peluang bagi para astronom untuk juga mengamati cahaya yang dihasilkan oleh peristiwa yang sama. Melihat suatu peristiwa melalui berbagai saluran informasi, sebuah pendekatan disebut astronomi multi-utusan, menyediakan astronom kesempatan langka dan didambakan untuk belajar tentang fisika jauh melampaui ranah pengujian laboratorium mana pun.

Riak di Ruangwaktu

Menurut teori relativitas umum Einstein, massa dan energi melengkungkan bentuk ruang dan waktu. Pembengkokan ruangwaktu menentukan bagaimana objek bergerak dalam hubungannya satu sama lain—apa yang dialami orang sebagai gravitasi.

Gelombang gravitasi tercipta ketika benda-benda besar seperti lubang hitam atau bintang neutron bergabung satu sama lain, menghasilkan perubahan ruang yang tiba-tiba dan besar. Proses pelengkungan dan pelenturan ruang mengirimkan riak ke seluruh alam semesta seperti a melambai melintasi kolam yang tenang. Gelombang-gelombang ini bergerak ke segala arah dari suatu gangguan, membengkokkan ruang dengan cermat saat mereka melakukannya dan sedikit mengubah jarak antar objek di jalan mereka.

[Embedded content]

Meskipun peristiwa astronomi yang menghasilkan gelombang gravitasi melibatkan beberapa objek paling masif di alam semesta, peregangan dan kontraksi ruang sangatlah kecil. Gelombang gravitasi kuat yang melewati Bima Sakti hanya dapat mengubah diameter seluruh galaksi sebesar tiga kaki (satu meter).

Pengamatan Gelombang Gravitasi Pertama

Meskipun pertama kali diprediksi oleh Einstein pada tahun 1916, para ilmuwan pada masa itu hanya memiliki sedikit harapan untuk mengukur perubahan kecil dalam jarak yang didalilkan oleh teori gelombang gravitasi.

Sekitar tahun 2000, para ilmuwan di Caltech, Massachusetts Institute of Technology, dan universitas lain di seluruh dunia selesai membangun apa yang pada dasarnya adalah penggaris paling akurat yang pernah dibuat—LIGO.

LIGO terdiri dari dua observatorium terpisah, dengan satu berlokasi di Hanford, Washington, dan yang lainnya di Livingston, Louisiana. Setiap observatorium berbentuk seperti L raksasa dengan dua lengan sepanjang 2.5 mil (panjang empat kilometer) yang menjulur keluar dari pusat fasilitas dengan sudut 90 derajat satu sama lain.

Untuk mengukur gelombang gravitasi, para peneliti menyorotkan laser dari pusat fasilitas ke dasar L. Di sana, laser dibelah sehingga sinar bergerak ke bawah setiap lengan, memantulkan cermin dan kembali ke dasar. Jika gelombang gravitasi melewati lengan saat laser bersinar, kedua sinar akan kembali ke pusat pada waktu yang sedikit berbeda. Dengan mengukur perbedaan ini, fisikawan dapat mengetahui bahwa gelombang gravitasi melewati fasilitas tersebut.

LIGO mulai beroperasi pada awal tahun 2000-an, tetapi tidak cukup sensitif untuk mendeteksi gelombang gravitasi. Maka, pada tahun 2010, tim LIGO menutup sementara fasilitas tersebut untuk tampil upgrade untuk meningkatkan sensitivitas. Versi LIGO yang ditingkatkan dimulai mengumpulkan data pada tahun 2015 dan segera mendeteksi gelombang gravitasi dihasilkan dari penggabungan dua lubang hitam.

Sejak 2015, LIGO telah selesai tiga pengamatan berjalan. Yang pertama, jalankan O1, berlangsung sekitar empat bulan; yang kedua, O2, sekitar sembilan bulan; dan yang ketiga, O3, berjalan selama 11 bulan sebelum pandemi COVID-19 memaksa fasilitas ditutup. Dimulai dengan menjalankan O2, LIGO telah bersama-sama mengamati dengan Observatorium Italia bernama Virgo.

Di antara setiap proses, para ilmuwan meningkatkan komponen fisik detektor dan metode analisis data. Pada akhir menjalankan O3 pada Maret 2020, para peneliti dalam kolaborasi LIGO dan Virgo telah mendeteksi sekitar 90 gelombang gravitasi dari penggabungan lubang hitam dan bintang neutron.

Observatorium masih ada belum mencapai sensitivitas desain maksimumnya. Jadi, pada tahun 2020, kedua observatorium ditutup untuk peningkatan lagi.

Membuat Beberapa Peningkatan

Para ilmuwan telah bekerja banyak perbaikan teknologi.

Satu peningkatan yang sangat menjanjikan melibatkan penambahan 1,000 kaki (300 meter) rongga optik untuk meningkatkan a teknik yang disebut meremas. Meremas memungkinkan para ilmuwan untuk mengurangi kebisingan detektor menggunakan sifat kuantum cahaya. Dengan peningkatan ini, tim LIGO seharusnya dapat mendeteksi gelombang gravitasi yang jauh lebih lemah dari sebelumnya.

Rekan satu tim saya dan saya adalah ilmuwan data dalam kolaborasi LIGO, dan kami telah mengerjakan sejumlah pemutakhiran yang berbeda perangkat lunak yang digunakan untuk memproses data LIGO dan algoritma yang mengenali tanda-tanda gelombang gravitasi dalam data tersebut. Algoritma ini berfungsi dengan mencari pola yang cocok model teoritis jutaan kemungkinan peristiwa penggabungan bintang lubang hitam dan neutron. Algoritme yang ditingkatkan harus dapat dengan lebih mudah memilih tanda samar gelombang gravitasi dari kebisingan latar belakang dalam data daripada versi algoritme sebelumnya.

Era Astronomi Hi-Def

Pada awal Mei 2023, LIGO memulai uji coba singkat—disebut engineering run—untuk memastikan semuanya berfungsi. Pada 18 Mei, LIGO mendeteksi kemungkinan gelombang gravitasi dihasilkan dari penggabungan bintang neutron menjadi lubang hitam.

Pengamatan 20 bulan LIGO berjalan 04 secara resmi mulai tanggal 24 Mei dan nantinya akan bergabung dengan Virgo dan observatorium Jepang baru — Detektor Gelombang Gravitasi Kamioka, atau KAGRA.

Meskipun ada banyak tujuan ilmiah untuk lari ini, ada fokus khusus untuk mendeteksi dan melokalkan gelombang gravitasi secara waktu nyata. Jika tim dapat mengidentifikasi peristiwa gelombang gravitasi, mencari tahu dari mana gelombang itu berasal dan memperingatkan astronom lain tentang penemuan ini dengan cepat, itu akan memungkinkan astronom mengarahkan teleskop lain yang mengumpulkan cahaya tampak, gelombang radio, atau jenis data lainnya ke sumbernya. dari gelombang gravitasi. Mengumpulkan banyak saluran informasi pada satu acara—astrofisika multi-utusan—seperti menambahkan warna dan suara ke film bisu hitam-putih dan dapat memberikan pemahaman yang jauh lebih dalam tentang fenomena astrofisika.

Para astronom hanya mengamati satu peristiwa dalam gelombang gravitasi dan cahaya tampak sampai saat ini—penggabungan dari dua bintang neutron terlihat pada tahun 2017. Namun dari peristiwa tunggal ini, fisikawan mampu mempelajarinya perluasan alam semesta dan mengkonfirmasi asal dari beberapa peristiwa alam semesta yang paling energik dikenal sebagai semburan sinar gamma.

Dengan menjalankan O4, para astronom akan memiliki akses ke observatorium gelombang gravitasi paling sensitif dalam sejarah dan diharapkan akan mengumpulkan lebih banyak data daripada sebelumnya. Kolega saya dan saya berharap bahwa beberapa bulan mendatang akan menghasilkan satu—atau mungkin banyak—pengamatan multi-utusan yang akan mendorong batas-batas astrofisika modern.

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

Kredit Gambar: Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA/Scott Noble; data simulasi, d'Ascoli et al. 2018

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Beli dan Jual Saham di Perusahaan PRE-IPO dengan PREIPO®. Akses Di Sini.
• Sumber: https://singularityhub.com/2023/05/28/gravitational-wave-detector-ligo-is-finally-back-online-with-exciting-upgrades-to-make-it-way-more-sensitive/