Детектор гравитационных волн LIGO наконец-то снова в сети с захватывающими обновлениями, которые сделали его более чувствительным

После трехлетнего перерыва ученые в США только что включили детекторы, способные измерение гравитационных волн— мелкая рябь в космосе себя, которые путешествуют по вселенной.

В отличие от световых волн гравитационные волны почти беспрепятственный галактики, звезды, газ и пыль которые наполняют Вселенную. Это означает, что, измеряя гравитационные волны, такие астрофизики как я может заглянуть прямо в сердце некоторых из самых впечатляющих явлений во Вселенной.

С 2020 года Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория, широко известная как LIGO— бездействовал, пока претерпел несколько захватывающих обновлений. Эти улучшения будут значительно повысить чувствительность LIGO и должен позволить объекту наблюдать более удаленные объекты, которые производят меньшую рябь в пространство-время.

Обнаружив больше событий, которые создают гравитационные волны, у астрономов будет больше возможностей также наблюдать свет, создаваемый теми же самыми событиями. Просмотр события по нескольким каналам информации, подход, называемый астрономия с несколькими мессенджерами, предоставляет астрономам редкие и желанные возможности узнать о физике далеко за пределами любых лабораторных испытаний.

Рябь в пространстве-времени

По Общая теория относительности Эйнштейна, масса и энергия искажают форму пространства и времени. Искривление пространства-времени определяет, как объекты движутся по отношению друг к другу — то, что люди воспринимают как гравитацию.

Гравитационные волны создаются, когда массивные объекты, такие как черные дыры или нейтронные звезды сливаются друг с другом, производя внезапные, большие изменения в пространстве. Процесс искривления и искривления пространства посылает рябь по всей вселенной, как волна через неподвижный пруд. Эти волны распространяются во всех направлениях от возмущения, попутно искривляя пространство и слегка изменяя расстояние между объектами на своем пути.

[Встраиваемое содержимое]

Несмотря на то, что в астрономических явлениях, порождающих гравитационные волны, участвуют некоторые из самых массивных объектов во Вселенной, растяжение и сжатие пространства бесконечно мало. Сильная гравитационная волна, проходящая через Млечный Путь, может изменить диаметр всей галактики только на три фута (один метр).

Первые наблюдения гравитационных волн

Хотя это впервые было предсказано Эйнштейном в 1916 году, у ученых той эпохи было мало надежды измерить крошечные изменения расстояния, постулируемые теорией гравитационных волн.

Примерно в 2000 году ученые из Калифорнийского технологического института, Массачусетского технологического института и других университетов по всему миру закончили создание самой точной линейки из когда-либо созданных.LIGO.

LIGO состоит из двух отдельных обсерваторий., один из которых находится в Хэнфорде, штат Вашингтон, а другой - в Ливингстоне, штат Луизиана. Каждая обсерватория имеет форму гигантской буквы L с двумя ответвлениями длиной 2.5 мили (четыре километра), отходящими от центра объекта под углом 90 градусов друг к другу.

Чтобы измерить гравитационные волны, исследователи направляют лазер из центра объекта к основанию L. Там лазер разделяется так, что луч проходит по каждой руке, отражается от зеркала и возвращается к основанию. Если гравитационная волна пройдет через руки, пока светит лазер, два луча вернутся к центру в несколько разное время. Измеряя эту разницу, физики могут определить, что через установку прошла гравитационная волна.

ЛИГО начала работать в начале 2000-х годов, но он был недостаточно чувствителен для обнаружения гравитационных волн. Так, в 2010 году команда LIGO временно закрыла установку для проведения обновления для повышения чувствительности. Запущена обновленная версия LIGO сбор данных в 2015 году и почти сразу обнаружены гравитационные волны образовался в результате слияния двух черных дыр.

С 2015 года LIGO завершила три наблюдательных забега. Первый запуск O1 длился около четырех месяцев; второй, O2, около девяти месяцев; а третий, O3, работал в течение 11 месяцев, прежде чем пандемия COVID-19 вынудила закрыть объекты. Начиная с запуска O2, LIGO совместно с Итальянская обсерватория под названием Virgo.

Между каждым прогоном ученые совершенствовали физические компоненты детекторов и методы анализа данных. К концу запуска O3 в марте 2020 года исследователи из коллаборации LIGO и Virgo обнаружили около 90 гравитационных волн от слияния черных дыр и нейтронных звезд.

Обсерватории до сих пор еще не достигли своей максимальной расчетной чувствительности. Итак, в 2020 году обе обсерватории закрылись на модернизацию. еще раз.

Делаем некоторые обновления

Ученые работали над множество технологических улучшений.

Одним из особенно многообещающих обновлений было добавление 1,000-футового (300-метрового) оптический резонатор улучшить техника, называемая выжиманием. Сжатие позволяет ученым уменьшить шум детектора, используя квантовые свойства света. Благодаря этому обновлению команда LIGO сможет обнаруживать гораздо более слабые гравитационные волны, чем раньше.

Мои товарищи по команде и я являются специалистами по данным в сотрудничестве LIGO, и мы работаем над рядом различных обновлений для программное обеспечение, используемое для обработки данных LIGO и алгоритмы, которые распознают признаки гравитационных волн в этих данных. Эти алгоритмы функционируют путем поиска шаблонов, которые соответствуют теоретические модели миллионов возможных событий слияния черных дыр и нейтронных звезд. Усовершенствованный алгоритм должен легче выделять слабые признаки гравитационных волн из фонового шума в данных, чем предыдущие версии алгоритмов.

Эра астрономии высокого разрешения

В начале мая 2023 года LIGO начала короткий тестовый запуск, называемый инженерным запуском, чтобы убедиться, что все работает. 18 мая LIGO обнаружил гравитационные волны, вероятно образуется при слиянии нейтронной звезды с черной дырой.

20-месячный цикл наблюдений LIGO 04 официально началось 24 мая, Позже к нему присоединятся Virgo и новая японская обсерватория — детектор гравитационных волн Камиока, или KAGRA.

Хотя этот запуск преследует множество научных целей, особое внимание уделяется обнаружению и локализации гравитационных волн в режиме реального времени. Если команда сможет идентифицировать событие гравитационных волн, выяснить, откуда пришли волны, и быстро предупредить других астрономов об этих открытиях, это позволит астрономам направить другие телескопы, которые собирают видимый свет, радиоволны или другие типы данных, на источник. гравитационной волны. Сбор нескольких каналов информации об одном событии—астрофизика с несколькими мессенджерами— это похоже на добавление цвета и звука к черно-белому немому фильму и может обеспечить гораздо более глубокое понимание астрофизических явлений.

Астрономы наблюдали только одно событие как в гравитационных волнах, так и в видимом свете на сегодняшний день - слияние две нейтронные звезды, замеченные в 2017 году. Но по этому единственному событию физики смогли изучить расширение вселенной и подтвердить происхождение некоторых самые энергичные события вселенной известный как гамма-всплески.

С запуском O4 астрономы получат доступ к самым чувствительным обсерваториям гравитационных волн в истории и, надеюсь, соберут больше данных, чем когда-либо прежде. Мои коллеги и я надеемся, что в ближайшие месяцы будет проведено одно или, возможно, много наблюдений с несколькими посланниками, которые раздвинут границы современной астрофизики.

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Авторы и права: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА/Скотт Ноубл; данные моделирования, d'Ascoli et al. 2018

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• ПлатонАйСтрим. Анализ данных Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Покупайте и продавайте акции компаний PREIPO® с помощью PREIPO®. Доступ здесь.
• Источник: https://singularityhub.com/2023/05/28/gravitational-wave-detector-ligo-is-finally-back-online-with-exciting-upgrades-to-make-it-way-more-sensitive/