גלאי גלי כבידה LIGO סוף סוף חוזר לאינטרנט עם שדרוגים מרגשים כדי להפוך אותו לרגיש יותר

לאחר הפסקה של שלוש שנים, מדענים בארה"ב זה עתה הפעילו גלאים המסוגלים מדידת גלי כבידה- אדוות זעירות פנימה שטח עצמו שעובר ביקום.

בניגוד לגלי אור, גלי כבידה הם כמעט ללא הפרעה מהגלקסיות, הכוכבים, הגז והאבק שממלאים את היקום. זה אומר שעל ידי מדידת גלי כבידה, אסטרופיזיקאים כמוני יכול להציץ ישירות ללב של כמה מהתופעות המרהיבות ביקום.

מאז 2020, מצפה הכבידה האינטרפרומטרי בלייזר - הידוע בכינויו ליגו- ישב רדום בזמן שהוא עבר כמה שדרוגים מרגשים. שיפורים אלה יהיו להגביר משמעותית את הרגישות של LIGO ואמור לאפשר למתקן לצפות בעצמים מרוחקים יותר המייצרים אדוות קטנות יותר זמן חופשי.

על ידי זיהוי יותר מהאירועים היוצרים גלי כבידה, יהיו יותר הזדמנויות לאסטרונומים לצפות גם באור המופק מאותם אירועים. רואים אירוע דרך מספר ערוצי מידע, גישה שנקראת אסטרונומיה מרובת שליחים, מספק לאסטרונומים הזדמנויות נדירות ונחשקות ללמוד על פיזיקה הרבה מעבר לתחום של כל בדיקת מעבדה.

אדוות בזמן החלל

לפי תורת היחסות הכללית של איינשטיין, מסה ואנרגיה מעוותות את צורת החלל והזמן. כיפוף הזמן של המרחב קובע כיצד עצמים נעים אחד ביחס לשני - מה שאנשים חווים ככבידה.

גלי כבידה נוצרים כאשר עצמים מסיביים כמו חורים שחורים או כוכבי נויטרונים מתמזגים זה עם זה, מייצר שינויים פתאומיים וגדולים בחלל. תהליך התעוותות והתכווצות החלל שולח אדוות על פני היקום כמו א לנופף על פני בריכה דוממת. גלים אלה יוצאים לכל הכיוונים מהפרעה, מרווח כיפוף דק בזמן שהם עושים זאת ומשנים מעט את המרחק בין עצמים בדרכם.

[תוכן מוטבע]

למרות שהאירועים האסטרונומיים המייצרים גלי כבידה מערבים כמה מהעצמים המאסיביים ביותר ביקום, המתיחה וההתכווצות של החלל קטנים לאין ערוך. גל כבידה חזק העובר דרך שביל החלב עשוי לשנות רק את קוטר הגלקסיה כולה בשלושת רגל (מטר אחד).

תצפיות גל הכבידה הראשונות

אף על פי שנחזה לראשונה על ידי איינשטיין ב-1916, למדענים של אותה תקופה לא הייתה תקווה למדוד את השינויים הזעירים במרחק שנקבעו על ידי תיאוריית גלי הכבידה.

בסביבות שנת 2000, מדענים ב-Caltech, במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס ובאוניברסיטאות אחרות ברחבי העולם סיימו לבנות את מה שהוא בעצם הסרגל המדויק ביותר שנבנה אי פעם -ליגו.

LIGO מורכב משני מצפה כוכבים נפרדים, כאשר אחד ממוקם בהנפורד, וושינגטון, והשני בליווינגסטון, לואיזיאנה. כל מצפה כוכבים מעוצב כמו L ענקי עם שתי זרועות באורך של 2.5 מייל (ארבעה קילומטרים) היוצאות ממרכז המתקן ב-90 מעלות זו לזו.

כדי למדוד גלי כבידה, חוקרים מאירים לייזר ממרכז המתקן לבסיס ה-L. שם, הלייזר מפוצל כך שקרן נעה במורד כל זרוע, משתקפת מהמראה וחוזרת לבסיס. אם גל כבידה עובר דרך הזרועות בזמן שהלייזר מאיר, שתי הקרנות יחזרו למרכז בזמנים מעט שונים. על ידי מדידת הבדל זה, הפיזיקאים יכולים להבחין שגל כבידה עבר דרך המתקן.

LIGO החלה לפעול בתחילת שנות ה-2000, אבל הוא לא היה רגיש מספיק כדי לזהות גלי כבידה. אז, בשנת 2010, צוות LIGO סגר זמנית את המתקן כדי להופיע שדרוגים כדי להגביר את הרגישות. הגרסה המשודרגת של LIGO התחילה איסוף נתונים בשנת 2015 וכמעט מיד זוהו גלי כבידה נוצר ממיזוג של שני חורים שחורים.

מאז 2015, LIGO השלימה שלוש ריצות תצפית. הראשון, הפעלת O1, נמשך כארבעה חודשים; השני, O2, כתשעה חודשים; והשלישי, O3, רץ במשך 11 חודשים לפני שמגיפת COVID-19 אילצה את המתקנים להיסגר. החל מריצת O2, LIGO צפה במשותף עם א מצפה כוכבים איטלקי בשם בתולה.

בין כל ריצה, מדענים שיפרו את המרכיבים הפיזיים של הגלאים ואת שיטות ניתוח הנתונים. עד סוף ריצת O3 במרץ 2020, חוקרים בשיתוף הפעולה LIGO ובתולה גילו כ-90 גלי כבידה מהתמזגות של חורים שחורים וכוכבי נויטרונים.

מצפה הכוכבים עדיין עדיין לא השיגו את הרגישות העיצובית המקסימלית שלהם. אז בשנת 2020 נסגרו שני המצפים לצורך שדרוגים ובכל זאת שוב פעם.

ביצוע כמה שדרוגים

מדענים עבדו על שיפורים טכנולוגיים רבים.

שדרוג אחד מבטיח במיוחד כלל הוספת 1,000 רגל (300 מטר) חלל אופטי לשפר א טכניקה שנקראת סחיטה. הסחיטה מאפשרת למדענים להפחית את רעש הגלאים באמצעות התכונות הקוונטיות של האור. עם השדרוג הזה, צוות LIGO אמור להיות מסוגל לזהות גלי כבידה חלשים הרבה יותר מבעבר.

חבריי לקבוצה ואני הם מדעני נתונים בשיתוף הפעולה של LIGO, ועבדנו על מספר שדרוגים שונים ל תוכנה המשמשת לעיבוד נתוני LIGO והאלגוריתמים שמזהים סימנים של גלי כבידה בנתונים האלה. אלגוריתמים אלה פועלים על ידי חיפוש אחר דפוסים התואמים מודלים תיאורטיים של מיליונים של אירועי מיזוג אפשריים של חור שחור וכוכב נויטרונים. האלגוריתם המשופר אמור להיות מסוגל לזהות בקלות רבה יותר את הסימנים הקלושים של גלי כבידה מרעשי רקע בנתונים מאשר בגרסאות הקודמות של האלגוריתמים.

עידן Hi-Def של אסטרונומיה

בתחילת מאי 2023, LIGO החלה בריצת מבחן קצרה - שנקראת ריצת הנדסה - כדי לוודא שהכל עובד. ב-18 במאי, LIGO זיהה גלי כבידה ככל הנראה נוצר מכוכב נויטרונים המתמזג לחור שחור.

תצפית 20 חודשים של LIGO ב-04 באופן רשמי התחיל ב-24 במאי, ומאוחר יותר יצטרפו אליו בתולה ומצפה כוכבים יפני חדש - גלאי גלי הכבידה של Kamioka, או KAGRA.

אמנם ישנן מטרות מדעיות רבות לריצה זו, אך ישנה התמקדות מיוחדת בזיהוי ולוקליזציה של גלי כבידה בזמן אמת. אם הצוות יכול לזהות אירוע של גל כבידה, להבין מאיפה הגיעו הגלים ולהתריע לאסטרונומים אחרים על התגליות הללו במהירות, זה יאפשר לאסטרונומים לכוון טלסקופים אחרים שאוספים אור נראה, גלי רדיו או סוגים אחרים של נתונים במקור של גל הכבידה. איסוף ערוצי מידע מרובים על אירוע אחד—אסטרופיזיקה מרובה שליחים-זה כמו הוספת צבע וצליל לסרט אילם בשחור-לבן ויכול לספק הבנה הרבה יותר עמוקה של תופעות אסטרופיזיות.

אסטרונומים צפו רק באירוע אחד גם בגלי כבידה וגם באור הנראה עד היום - המיזוג של שני כוכבי נויטרונים שנראו ב-2017. אבל מהאירוע היחיד הזה, הפיזיקאים הצליחו לחקור את התפשטות היקום ולאשר את מקורם של חלק מה האירועים האנרגטיים ביותר של היקום ידוע כ פרצי קרני גמא.

עם ריצת O4, לאסטרונומים תהיה גישה למצפה הכוכבים הרגישים ביותר של גלי הכבידה בהיסטוריה, ובתקווה יאספו יותר נתונים מאי פעם. עמיתיי ואני מקווים שהחודשים הקרובים יביאו לתצפיות אחת - או אולי רבות - מרובי-שליחים שתדחוף את גבולות האסטרופיזיקה המודרנית.

מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.

קרדיט תמונה: מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א/סקוט נובל; נתוני סימולציה, d'Ascoli et al. 2018

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• הטבעת העתיד עם אדריאן אשלי. גישה כאן.
• קנה ומכירה של מניות בחברות PRE-IPO עם PREIPO®. גישה כאן.
• מקור: https://singularityhub.com/2023/05/28/gravitational-wave-detector-ligo-is-finally-back-online-with-exciting-upgrades-to-make-it-way-more-sensitive/