중력파 검출기 LIGO가 마침내 온라인으로 돌아왔습니다.

XNUMX년의 공백 끝에 미국의 과학자들은 이제 막 탐지기를 켰습니다. 중력파 측정—작은 잔물결 공간 우주를 여행하는 그 자체.

광파와 달리 중력파는 거의 은하, 별, 가스, 먼지의 방해를 받지 않는 우주를 채우는 것. 이것은 중력파를 측정함으로써, 나 같은 천체물리학자 우주에서 가장 놀라운 현상의 중심을 직접 들여다볼 수 있습니다.

2020년부터 레이저 간섭계 중력파 관측소—일반적으로 LIGO—흥미로운 업그레이드를 거치는 동안 잠자고 있었습니다. 이러한 개선 사항은 감도를 크게 향상 LIGO의 작은 잔물결을 생성하는 더 먼 물체를 관찰할 수 있도록 시설을 허용해야 합니다. 시공간.

중력파를 생성하는 사건을 더 많이 탐지함으로써 천문학자들이 동일한 사건에 의해 생성된 빛을 관찰할 수 있는 더 많은 기회가 있을 것입니다. 이벤트 보기 여러 정보 채널을 통해, 라는 접근 방식 다중 메신저 천문학, 천문학자 제공 드물고 탐나는 기회 실험실 테스트 영역을 훨씬 넘어서는 물리학에 대해 배웁니다.

시공간의 물결

에 따르면 아인슈타인의 일반 상대성 이론, 질량 및 에너지는 공간과 시간의 모양을 왜곡합니다. 시공간의 구부러짐은 물체가 서로 관련하여 움직이는 방식, 즉 사람들이 중력으로 경험하는 방식을 결정합니다.

중력파는 다음과 같은 무거운 물체가 생성될 때 생성됩니다. 블랙홀이나 중성자 별은 서로 병합, 갑작스럽고 큰 공간 변화를 일으킵니다. 공간 뒤틀림과 구부러짐의 과정은 우주 전체에 물결을 보냅니다. 잔잔한 연못을 가로지르는 파도. 이 파동은 교란으로부터 모든 방향으로 이동하고, 그렇게 하면서 공간을 미세하게 구부리고 방해하는 물체 사이의 거리를 아주 약간 변경합니다.

중력파를 생성하는 천문학적 사건에는 우주에서 가장 무거운 물체가 포함되지만 우주의 팽창과 수축은 극히 미미합니다. 은하수를 통과하는 강력한 중력파는 전체 은하의 지름을 XNUMX미터(XNUMX피트) 정도밖에 바꿀 수 없습니다.

최초의 중력파 관측

1916년에 아인슈타인이 처음 예측했지만 그 시대의 과학자들은 중력파 이론이 가정한 거리의 미세한 변화를 측정할 희망이 거의 없었습니다.

2000년경에 Caltech, Massachusetts Institute of Technology 및 전 세계의 다른 대학의 과학자들은 본질적으로 지금까지 만들어진 것 중 가장 정확한 눈금자를 만드는 작업을 완료했습니다.LIGO.

LIGO는 두 개의 별도 관측소로 구성되어 있습니다., 하나는 워싱턴주 핸포드에, 다른 하나는 루이지애나주 리빙스턴에 있습니다. 각 전망대는 시설 중앙에서 서로 2.5도로 뻗어 있는 90마일 길이(XNUMXkm 길이)의 두 팔이 있는 거대한 L 모양입니다.

중력파를 측정하기 위해 연구자들은 시설 중앙에서 L의 바닥까지 레이저를 조사합니다. 그곳에서 레이저는 빔이 각 팔 아래로 이동하고 거울에서 반사되어 바닥으로 돌아오도록 분할됩니다. 레이저가 빛나고 있는 동안 중력파가 팔을 통과하면 두 빔이 조금씩 다른 시간에 중앙으로 돌아옵니다. 이 차이를 측정함으로써 물리학자들은 중력파가 시설을 통과했음을 식별할 수 있습니다.

LIGO 운영 개시 2000년대 초반에는 중력파를 감지할 만큼 민감하지 않았다. 그래서 2010년 LIGO 팀은 공연을 위해 일시적으로 시설을 폐쇄했습니다. 감도 향상을 위한 업그레이드. LIGO의 업그레이드 버전이 시작되었습니다. 2015년과 거의 즉시 데이터 수집 감지된 중력파 두 개의 블랙홀이 합쳐져서 생성됩니다.

2015년부터 LIGO는 세 번의 관찰 실행. 첫 번째 실행 O1은 약 2개월 동안 지속되었습니다. 두 번째, O3, 약 11개월; 세 번째인 O19는 COVID-2 대유행으로 인해 시설이 폐쇄되기 전 XNUMX개월 동안 운영되었습니다. 런 OXNUMX를 시작으로 LIGO는 처녀자리라고 불리는 이탈리아 천문대.

각 실행 사이에 과학자들은 탐지기의 물리적 구성 요소와 데이터 분석 방법을 개선했습니다. 3년 2020월 OXNUMX 실행이 끝날 때까지 LIGO와 Virgo 협력 연구원들은 약 90개의 중력파 블랙홀과 중성자 별의 병합에서.

관측소는 아직 아직 최대 설계 감도에 도달하지 못했습니다.. 그래서 2020년에는 두 관측소 모두 업그레이드를 위해 문을 닫습니다. 다시 한번.

일부 업그레이드

과학자들은 많은 기술적 개선.

특히 유망한 업그레이드 중 하나는 1,000피트(300미터) 광 공동 개선하기 위해 압착이라는 기술. 압착을 통해 과학자들은 빛의 양자 특성을 사용하여 검출기 노이즈를 줄일 수 있습니다. 이 업그레이드를 통해 LIGO 팀은 이전보다 훨씬 약한 중력파를 감지할 수 있어야 합니다.

팀원들과 나 LIGO 협업의 데이터 과학자이며, 우리는 LIGO 데이터를 처리하는 데 사용되는 소프트웨어 그리고 인식하는 알고리즘 해당 데이터의 중력파 징후. 이러한 알고리즘은 일치하는 패턴을 검색하여 작동합니다. 수백만의 이론적 모델 가능한 블랙홀 및 중성자 별 합병 이벤트. 개선된 알고리즘은 이전 버전의 알고리즘보다 데이터의 배경 잡음에서 중력파의 희미한 징후를 더 쉽게 골라낼 수 있어야 합니다.

천문학의 고화질 시대

2023년 18월 초, LIGO는 모든 것이 제대로 작동하는지 확인하기 위해 엔지니어링 실행이라고 하는 짧은 테스트 실행을 시작했습니다. XNUMX월 XNUMX일 LIGO는 중력파가 블랙홀에 합류하는 중성자 별에서 생성.

LIGO의 20개월 관찰 런 04 공식적으로 24월 XNUMX일 시작, 그리고 나중에 Virgo와 새로운 일본 천문대인 Kamioka Gravitational Wave Detector(KAGRA)가 합류할 것입니다.

이 달리기에는 많은 과학적 목표가 있지만 중력파를 실시간으로 감지하고 위치를 파악하는 데 특히 중점을 둡니다. 팀이 중력파 이벤트를 식별하고 파동이 어디에서 왔는지 파악하고 다른 천문학자들에게 이러한 발견을 신속하게 알릴 수 있다면 천문학자들은 가시광선, 전파 또는 기타 유형의 데이터를 소스에서 수집하는 다른 망원경을 가리킬 수 있습니다. 중력파의. 단일 이벤트에 대한 여러 채널의 정보 수집—다중 메신저 천체물리학— 흑백 무성 영화에 색상과 사운드를 추가하는 것과 같으며 천체물리 현상에 대한 훨씬 더 깊은 이해를 제공할 수 있습니다.

천문학자들은 단 하나의 사건만을 관찰했습니다. 중력파와 가시광선에서 현재까지 - 합병 2017년에 본 두 개의 중성자별. 하지만 이 단일 사건에서 물리학자들은 다음을 연구할 수 있었습니다. 우주의 팽창 일부의 출처를 확인하고 우주에서 가장 활기찬 사건 ~로 알려진 감마선 폭발.

O4 실행을 통해 천문학자들은 역사상 가장 민감한 중력파 관측소에 접근할 수 있으며 이전보다 더 많은 데이터를 수집할 수 있기를 바랍니다. 동료들과 나는 앞으로 몇 달 동안 현대 천체물리학의 한계를 뛰어넘는 하나 또는 여러 개의 다중 메신저 관측 결과가 나오기를 희망합니다.

이 기사는에서 다시 게시됩니다. 대화 크리에이티브 커먼즈 라이센스하에 읽기 원래 기사.

이미지 크레디트: NASA의 Goddard 우주 비행 센터/Scott Noble; 시뮬레이션 데이터, d'Ascoli et al. 2018년

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• 출처: https://singularityhub.com/2023/05/28/gravitational-wave-detector-ligo-is-finally-back-online-with-exciting-upgrades-to-make-it-way-more-sensitive/