Детектор гравітаційних хвиль LIGO нарешті повернувся в мережу із захоплюючими оновленнями, щоб зробити його ще більш чутливим

Після трирічної перерви вчені в США щойно включили детектори, здатні вимірювання гравітаційних хвиль— дрібні брижі простір себе, які подорожують всесвітом.

На відміну від світлових хвиль, гравітаційні хвилі майже вільний від галактик, зірок, газу та пилу що наповнюють всесвіт. Це означає, що, вимірюючи гравітаційні хвилі, такі астрофізики, як я може зазирнути прямо в серце деяких з найбільш вражаючих явищ у Всесвіті.

З 2020 року Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія, відома як ЛІГО— перебував у стані бездіяльності, поки він зазнав деяких захоплюючих оновлень. Ці покращення будуть істотно підвищує чутливість LIGO і має дозволити об'єкту спостерігати більш віддалені об'єкти, які створюють менші брижі в просторовий час.

Виявляючи більше подій, які створюють гравітаційні хвилі, астрономи матимуть більше можливостей також спостерігати за світлом, створюваним тими самими подіями. Бачити подію через кілька каналів інформації, підхід під назвою астрономія з кількома повідомленнями, забезпечує астроном рідкісні та бажані можливості дізнатися про фізику далеко за межами будь-якого лабораторного тестування.

Брижі в просторі-часі

За оцінками Теорія загальної теорії відносності Ейнштейна, маса й енергія спотворюють форму простору й часу. Викривлення простору-часу визначає те, як об’єкти рухаються відносно один одного — те, що люди сприймають як гравітацію.

Гравітаційні хвилі утворюються, коли масивні об’єкти люблять чорні діри або нейтронні зірки зливаються одна з одною, викликаючи раптові великі зміни в просторі. Процес викривлення та згинання простору посилає брижі по всьому Всесвіту, як a помахати через нерухому водойму. Ці хвилі поширюються в усіх напрямках від збурення, щохвилини викривляючи простір, коли вони це роблять, і дещо змінюючи відстань між об’єктами на своєму шляху.

[Вбудоване вміст]

Незважаючи на те, що астрономічні події, які породжують гравітаційні хвилі, стосуються деяких з наймасивніших об’єктів у Всесвіті, розтягнення та звуження простору є нескінченно малими. Сильна гравітаційна хвиля, що проходить через Чумацький Шлях, може змінити діаметр всієї галактики лише на три фути (один метр).

Перші спостереження гравітаційних хвиль

Незважаючи на те, що вперше це було передбачено Ейнштейном у 1916 році, вчені того часу не мали надії виміряти крихітні зміни відстані, які постулював теорія гравітаційних хвиль.

Приблизно у 2000 році вчені з Каліфорнійського технологічного інституту, Массачусетського технологічного інституту та інших університетів по всьому світу закінчили будівництво найточнішої лінійки, яку коли-небудь створювали.ЛІГО.

LIGO складається з двох окремих обсерваторій, один з яких розташований у Хенфорді, штат Вашингтон, а інший у Лівінгстоні, штат Луїзіана. Кожна обсерваторія має форму гігантської букви L з двома рукавами довжиною 2.5 милі (чотири кілометри), що простягаються від центру об’єкта під кутом 90 градусів один до одного.

Щоб виміряти гравітаційні хвилі, дослідники направляють лазер від центру об’єкта до основи L. Там лазер розділяється так, що промінь рухається вниз по кожному плечу, відбивається від дзеркала та повертається до основи. Якщо гравітаційна хвиля проходить крізь плечі під час світя лазера, два промені повернуться до центру в дещо різний час. Вимірюючи цю різницю, фізики можуть визначити, що гравітаційна хвиля пройшла через установку.

LIGO розпочав роботу на початку 2000-х років, але він був недостатньо чутливим для виявлення гравітаційних хвиль. Тож у 2010 році команда LIGO тимчасово закрила заклад для виступу оновлення для підвищення чутливості. Стартувала оновлена ​​версія LIGO збір даних у 2015 році та майже одразу виявлені гравітаційні хвилі утворюється в результаті злиття двох чорних дір.

З 2015 року LIGO завершено три спостереження. Перший, запуск O1, тривав близько чотирьох місяців; другий, O2, близько дев'яти місяців; а третій, O3, діяв протягом 11 місяців, перш ніж пандемія COVID-19 змусила закрити заклади. Починаючи з циклу O2, LIGO спільно з an Італійська обсерваторія Діва.

Між кожним запуском вчені вдосконалювали фізичні компоненти детекторів і методи аналізу даних. Наприкінці циклу O3 у березні 2020 року дослідники у співпраці LIGO та Virgo виявили близько 90 гравітаційних хвиль від злиття чорних дір і нейтронних зірок.

Обсерваторії досі ще не досягли своєї максимальної проектної чутливості. Тож у 2020 році обидві обсерваторії закрили на модернізацію ще раз.

Виконання деяких оновлень

Вчені працювали над багато технологічних удосконалень.

Одне особливо багатообіцяюче оновлення передбачало додавання 1,000 футів (300 метрів) оптична порожнина покращити a техніка, яка називається стисканням. Стискання дозволяє вченим зменшити шум детектора, використовуючи квантові властивості світла. Завдяки цій модернізації команда LIGO зможе виявляти набагато слабші гравітаційні хвилі, ніж раніше.

Я і мої товариші по команді є дослідниками даних у співпраці LIGO, і ми працювали над рядом різних оновлень програмне забезпечення, що використовується для обробки даних LIGO і алгоритми, які розпізнають ознаки гравітаційних хвиль у цих даних. Ці алгоритми функціонують шляхом пошуку шаблонів, які збігаються теоретичних моделей мільйонів можливих подій злиття чорної діри та нейтронної зірки. Удосконалений алгоритм повинен легше виділяти слабкі ознаки гравітаційних хвиль із фонового шуму в даних, ніж попередні версії алгоритмів.

Ера високої чіткості в астрономії

На початку травня 2023 року LIGO розпочала короткий тестовий запуск, який називається інженерним, щоб переконатися, що все працює. 18 травня LIGO виявив ймовірні гравітаційні хвилі утворюється в результаті злиття нейтронної зірки в чорну діру.

Офіційно 20-місячне спостереження LIGO 04 розпочато 24 травня, Пізніше до нього приєднаються Virgo та нова японська обсерваторія — детектор гравітаційних хвиль Kamioka, або KAGRA.

Хоча є багато наукових цілей для цього запуску, особлива увага приділяється виявленню та локалізації гравітаційних хвиль у реальному часі. Якщо команда зможе ідентифікувати подію гравітаційної хвилі, з’ясувати, звідки хвилі взялися, і швидко повідомити інших астрономів про ці відкриття, це дозволить астрономам спрямувати на джерело інші телескопи, які збирають видиме світло, радіохвилі чи інші типи даних. гравітаційної хвилі. Збір кількох каналів інформації про одну подію—мультимесенджерна астрофізика— це як додавання кольору та звуку до чорно-білого німого фільму та може забезпечити набагато глибше розуміння астрофізичних явищ.

Астрономи спостерігали лише одну подію як у гравітаційних хвилях, так і у видимому світлі до теперішнього часу—злиття о дві нейтронні зірки, помічені в 2017 році. Але з цієї єдиної події фізики змогли вивчити розширення Всесвіту і підтвердити походження деяких з найенергетичніші події Всесвіту відомий як сплески гамма-променів.

Завдяки запуску O4 астрономи отримають доступ до найчутливіших гравітаційних хвильових обсерваторій в історії та, сподіваюся, зберуть більше даних, ніж будь-коли раніше. Мої колеги та я сподіваємося, що найближчі місяці приведуть до одного або, можливо, багатьох спостережень за допомогою кількох месенджерів, які розширять межі сучасної астрофізики.

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

Авторство зображення: Центр космічних польотів Годдарда НАСА/Скотт Нобл; дані моделювання, d'Ascoli et al. 2018 рік

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• Карбування майбутнього з Адріенн Ешлі. Доступ тут.
• Купуйте та продавайте акції компаній, які вийшли на IPO, за допомогою PREIPO®. Доступ тут.
• джерело: https://singularityhub.com/2023/05/28/gravitational-wave-detector-ligo-is-finally-back-online-with-exciting-upgrades-to-make-it-way-more-sensitive/