Detektor fal grawitacyjnych LIGO wreszcie powrócił do sieci z ekscytującymi ulepszeniami, dzięki którym jest o wiele bardziej czuły

Po trzyletniej przerwie naukowcy w USA właśnie włączyli detektory zdolne do pomiary fal grawitacyjnych-drobne zmarszczki przestrzeń siebie, które podróżują po wszechświecie.

W przeciwieństwie do fal świetlnych, fale grawitacyjne są bliskie bez przeszkód przez galaktyki, gwiazdy, gaz i pył które wypełniają wszechświat. Oznacza to, że mierząc fale grawitacyjne, astrofizycy tacy jak ja może zajrzeć bezpośrednio do serca niektórych z najbardziej spektakularnych zjawisk we wszechświecie.

Od 2020 roku Laserowe Interferometryczne Obserwatorium Fal Grawitacyjnych – potocznie zwane FAM— pozostawał w stanie uśpienia, podczas gdy przechodził kilka ekscytujących ulepszeń. Te ulepszenia będą znacznie zwiększyć czułość LIGO i powinien umożliwić obiektowi obserwację bardziej odległych obiektów, które wytwarzają mniejsze zmarszczki czas, przestrzeń.

Wykrywając więcej zdarzeń tworzących fale grawitacyjne, astronomowie będą mieli więcej okazji do obserwowania światła wytwarzanego przez te same zdarzenia. Widząc wydarzenie poprzez wiele kanałów informacyjnych, podejście tzw astronomia wielu posłańców, zapewnia astronomowie rzadkie i pożądane okazje aby dowiedzieć się o fizyce daleko wykraczającej poza sferę jakichkolwiek testów laboratoryjnych.

Fale w czasoprzestrzeni

Zgodnie z Ogólna teoria względności Einsteina, masa i energia wypaczają kształt przestrzeni i czasu. Zakrzywienie czasoprzestrzeni określa, w jaki sposób obiekty poruszają się względem siebie – co ludzie odczuwają jako grawitację.

Fale grawitacyjne powstają, gdy masywne obiekty, np czarne dziury lub gwiazdy neutronowe łączą się ze sobą, powodując nagłe, duże zmiany w przestrzeni. Proces zakrzywiania i wyginania przestrzeni powoduje falowanie we wszechświecie machać nad nieruchomym stawem. Fale te przemieszczają się we wszystkich kierunkach z zakłócenia, minimalnie zakrzywiając przestrzeń i nieznacznie zmieniając odległość między obiektami na swojej drodze.

[Osadzone treści]

Chociaż zdarzenia astronomiczne, które wytwarzają fale grawitacyjne, obejmują niektóre z najbardziej masywnych obiektów we wszechświecie, rozciąganie i kurczenie się przestrzeni jest nieskończenie małe. Silna fala grawitacyjna przechodząca przez Drogę Mleczną może zmienić średnicę całej galaktyki tylko o trzy stopy (jeden metr).

Obserwacje pierwszej fali grawitacyjnej

Choć po raz pierwszy przewidział to Einstein w 1916 r., naukowcy tamtej epoki mieli niewielkie nadzieje na zmierzenie niewielkich zmian odległości postulowanych przez teorię fal grawitacyjnych.

Około roku 2000 naukowcy z Caltech, Massachusetts Institute of Technology i innych uniwersytetów na całym świecie zakończyli budowę najdokładniejszej linijki, jaką kiedykolwiek zbudowano —FAM.

LIGO składa się z dwóch oddzielnych obserwatoriów, z jednym zlokalizowanym w Hanford w stanie Waszyngton, a drugim w Livingston w Luizjanie. Każde obserwatorium ma kształt gigantycznej litery L z dwoma ramionami o długości 2.5 mili (cztery kilometry) wystającymi ze środka obiektu pod kątem 90 stopni względem siebie.

Aby zmierzyć fale grawitacyjne, naukowcy świecą laserem od środka obiektu do podstawy litery L. Tam laser jest rozdzielany tak, że wiązka przemieszcza się w dół każdego ramienia, odbija się od lustra i wraca do podstawy. Jeśli fala grawitacyjna przejdzie przez ramiona, gdy świeci laser, dwie wiązki powrócą do środka w nieco innym czasie. Mierząc tę ​​​​różnicę, fizycy mogą stwierdzić, że przez obiekt przeszła fala grawitacyjna.

LIGO rozpoczęło działalność na początku XXI wieku, ale nie był wystarczająco czuły, aby wykryć fale grawitacyjne. Tak więc w 2000 roku zespół LIGO tymczasowo zamknął obiekt, aby móc działać ulepszenia zwiększające czułość. Ulepszona wersja LIGO została uruchomiona zbieranie danych w 2015 roku i to niemal natychmiast wykryto fale grawitacyjne powstała z połączenia dwóch czarnych dziur.

Od 2015 roku LIGO zostało zakończone trzy biegi obserwacyjne. Pierwszy, bieg O1, trwał około czterech miesięcy; drugi, O2, około dziewięciu miesięcy; a trzeci, O3, działał przez 11 miesięcy, zanim pandemia COVID-19 wymusiła zamknięcie obiektów. Począwszy od run O2, LIGO prowadzi wspólne obserwacje z an Włoskie obserwatorium o nazwie Virgo.

Pomiędzy każdym przebiegiem naukowcy ulepszali fizyczne komponenty detektorów i metody analizy danych. Pod koniec cyklu O3 w marcu 2020 r. naukowcy we współpracy LIGO i Virgo wykryli około 90 fal grawitacyjnych z połączenia czarnych dziur i gwiazd neutronowych.

Obserwatoria nadal działają nie osiągnęły jeszcze maksymalnej czułości projektowej. Tak więc w 2020 roku oba obserwatoria zostały zamknięte z powodu modernizacji jeszcze raz.

Dokonywanie niektórych aktualizacji

Naukowcy pracowali nad wiele ulepszeń technologicznych.

Jedno szczególnie obiecujące ulepszenie polegało na dodaniu 1,000-stopowego (300-metrowego) wnęka optyczna poprawić A technika zwana wyciskaniem. Ściskanie pozwala naukowcom zredukować szum detektora przy użyciu kwantowych właściwości światła. Dzięki tej aktualizacji zespół LIGO powinien być w stanie wykryć znacznie słabsze fale grawitacyjne niż wcześniej.

Moi koledzy z drużyny i ja są analitykami danych we współpracy LIGO i pracowaliśmy nad wieloma różnymi aktualizacjami oprogramowanie służące do przetwarzania danych LIGO i algorytmy, które rozpoznają oznaki fal grawitacyjnych w tych danych. Algorytmy te działają poprzez wyszukiwanie pasujących wzorców teoretyczne modele milionów możliwych zdarzeń fuzji czarnej dziury i gwiazdy neutronowej. Ulepszony algorytm powinien być w stanie łatwiej wykryć słabe oznaki fal grawitacyjnych z szumu tła w danych niż poprzednie wersje algorytmów.

Hi-Def era astronomii

Na początku maja 2023 r. LIGO rozpoczęło krótki test — zwany przebiegiem inżynieryjnym — aby upewnić się, że wszystko działa. 18 maja LIGO prawdopodobnie wykryło fale grawitacyjne powstał z połączenia gwiazdy neutronowej w czarną dziurę.

20-miesięczny cykl obserwacyjny LIGO 04 oficjalnie rozpoczął się 24 maja a później dołączy do niego Virgo i nowe japońskie obserwatorium — Detektor Fal Grawitacyjnych Kamioka lub KAGRA.

Chociaż ten bieg ma wiele celów naukowych, szczególny nacisk kładzie się na wykrywanie i lokalizowanie fal grawitacyjnych w czasie rzeczywistym. Jeśli zespołowi uda się zidentyfikować zdarzenie związane z falą grawitacyjną, dowiedzieć się, skąd pochodzą fale i szybko zaalarmować innych astronomów o tych odkryciach, umożliwiłoby to astronomom skierowanie innych teleskopów zbierających światło widzialne, fale radiowe lub inne rodzaje danych u źródła. fali grawitacyjnej. Zbieranie wielu kanałów informacji na temat jednego zdarzenia —astrofizyka wielu posłańców— jest jak dodanie koloru i dźwięku do czarno-białego niemego filmu i może zapewnić znacznie głębsze zrozumienie zjawisk astrofizycznych.

Astronomowie zaobserwowali tylko jedno zdarzenie zarówno w falach grawitacyjnych, jak i świetle widzialnym dotychczas – fuzja dwie gwiazdy neutronowe widziane w 2017 roku. Ale dzięki temu pojedynczemu zdarzeniu fizycy byli w stanie badać ekspansja wszechświata i potwierdzić pochodzenie niektórych z nich najbardziej energetyczne wydarzenia we wszechświecie znany jako rozbłyski gamma.

Dzięki uruchomieniu O4 astronomowie będą mieli dostęp do najbardziej czułych obserwatoriów fal grawitacyjnych w historii i miejmy nadzieję, że zgromadzą więcej danych niż kiedykolwiek wcześniej. Moi koledzy i ja mamy nadzieję, że nadchodzące miesiące zaowocują jedną – a może wieloma – obserwacjami z wieloma posłańcami, które przesuną granice współczesnej astrofizyki.

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

Źródło zdjęcia: Goddard Space Flight Center NASA/Scott Noble; dane symulacyjne, d'Ascoli i in. 2018

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoAiStream. Analiza danych Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• Wybijanie przyszłości w Adryenn Ashley. Dostęp tutaj.
• Kupuj i sprzedawaj akcje spółek PRE-IPO z PREIPO®. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://singularityhub.com/2023/05/28/gravitational-wave-detector-ligo-is-finally-back-online-with-exciting-upgrades-to-make-it-way-more-sensitive/