Детектор гравитационных волн LIGO снова в действии после трехлетней модернизации

После трехлетнего перерыва ученые в США только что включили детекторы, способные на это. Измерение гравитационных волн Маленькая рябь в самом пространстве, которая путешествует по вселенной.

В отличие от световых волн, гравитационные волны сходятся Ему не мешают галактики, звезды, газ и пыль которые наполняют Вселенную. Это означает, что, измеряя гравитационные волны, Астрофизики вроде меня Он может заглянуть прямо в сердце некоторых из этих самых захватывающих явлений во Вселенной.

С 2020 года Интерферометрическая гравитационно-волновая лазерная обсерватория, широко известная как Лего — Он спал, пока проходил несколько захватывающих промоушенов. Эти улучшения будут Значительно повышенная чувствительность LIGO и должен позволять установке обнаруживать удаленные объекты, которые вызывают меньшую рябь на объекте. Свободное время.

Обнаружив больше событий, которые создают гравитационные волны, у астрономов будет больше возможностей наблюдать свет, создаваемый теми же самыми событиями. увидеть событие по нескольким каналам информацииподход, называемый Астрономия с несколькими мессенджерамиПредоставляет астрономам Редкие и востребованные возможности Узнайте о физике, которая выходит за рамки любого лабораторного теста.

рябь в пространстве-времени

в соответствии с Общая теория относительности ЭйнштейнаА 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, вызывая большие и резкие изменения в пространстве. Процесс искривления и изгиба в пространстве посылает рябь по вселенной, как Волна над неподвижным прудом. Эти волны движутся во всех направлениях от турбулентности, изящно искривляя пространство при этом и слегка изменяя расстояние между объектами на своем пути.

Хотя в астрономических явлениях, порождающих гравитационные волны, участвуют некоторые из самых массивных объектов во Вселенной, расширение и сжатие пространства очень мало. Мощная гравитационная волна, проходящая через Млечный Путь, может изменить диаметр всей галактики на три фута (один метр).

Первые наблюдения гравитационных волн

Хотя это впервые было предсказано Эйнштейном в 1916 году, у ученых того времени было мало надежды измерить тонкие изменения расстояния, которые постулировала теория 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 существовавших. Обсерватория Лего.

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, когда лазер светит, два луча вернутся к центру в несколько разное время. Измеряя эту разницу, физики могут определить, что гравитационная волна прошла через объект.

ЛИГО приступил к работе в начале 2000-х годов, но он был недостаточно чувствителен для обнаружения гравитационных волн. Поэтому в 2010 году команда LIGO временно закрыла объект для работы. Обновления для повышения чувствительности. Стартовала обновленная версия LIGO Данные собраны в 2015 году и почти сразу обнаружение гравитационных волн Это произошло из-за слияния двух черных дыр.

С 2015 года LIGO завершена Три наблюдательных забега. Первый запуск O1 длился около четырех месяцев; второму, O2, около девяти месяцев; И третий, O3, работал в течение 11 месяцев, прежде чем пандемия COVID-19 вынудила закрыть объекты. Начиная с O2, LIGO ведет совместный просмотр с Итальянская обсерватория называется Девичья башня..

Между каждым прогоном ученые совершенствовали аппаратную часть детектора и методы анализа данных. К концу запуска O3 в марте 2020 года исследователи из коллабораций LIGO и Virgo обнаружили Около 90 гравитационных волн От слияния черных дыр и нейтронных звезд.

Обсерватории до сих пор Вы еще не достигли максимальной чувствительности дизайна. Поэтому в 2020 году обе обсерватории закрыты на модернизацию снова.

Сделайте несколько обновлений

Ученые работали над Множество технологических улучшений.

Одно особенно многообещающее обновление включало добавление 1000 футов (300 м). полость зрительного нерва улучшить Техника, называемая компрессией.. Давление позволяет ученым уменьшить шум детектора, используя квантовые свойства света. Благодаря этому обновлению команда LIGO сможет обнаруживать гравитационные волны, которые намного слабее, чем раньше.

Моя команда и я Они специалисты по данным в коллаборации LIGO, и мы работали над рядом различных обновлений для коллаборации LIGO. Программное обеспечение, используемое для обработки данных LIGO и алгоритмы, которые вы узнаете Признаки гравитационных волн в этих данных. Эти алгоритмы работают, ища совпадающие шаблоны Теоретические модели для миллионов возможных событий слияния черных дыр и нейтронных звезд. Усовершенствованный алгоритм должен легче выделять слабые сигналы гравитационных волн из фонового шума в данных, чем предыдущие версии алгоритмов.

Эпоха высокого разрешения в астрономии

В начале мая 2023 года LIGO начала короткий пробный период, называемый инженерным прогоном, чтобы убедиться, что все работает. 18 мая LIGO обнаружил возможные гравитационные волны. Они вызваны слиянием нейтронной звезды с черной дырой..

Наблюдение LIGO будет работать в течение 20 месяцев в 04 официально с 24 мая, Позже к нему присоединятся Virgo и новая японская обсерватория — детектор гравитационных волн Камиока, или KAGRA.

Хотя в этом диапазоне есть много научных целей, особое внимание уделяется обнаружению гравитационных волн и их местонахождению в реальном времени. Если команда сможет точно определить событие гравитационных волн, выяснить источник волн и быстро предупредить других астрономов об этих обнаружениях, это позволит астрономам направить другие телескопы, которые собирают видимый свет, радиоволны или другие типы данных, на источник. гравитационная волна. Объедините несколько каналов информации в одно событие. Астрофизика с несколькими сообщениями Это похоже на добавление цвета и звука к немому черно-белому фильму и может обеспечить гораздо более глубокое понимание астрофизических явлений.

Астрономы наблюдали только одно событие как в гравитационных волнах, так и в видимом свете И все же — слияние Две нейтронные звезды, замеченные в 2017 году. Но из этого единственного события физики смогли изучить Расширение Вселенной И это подтверждает происхождение некоторых из самых энергичных событий во Вселенной, известных 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 ближайшие месяцы принесут одно, а может быть, и много, многозначных наблюдений, которые раздвинут границы современной астрофизики.

Эта статья была переиздана с Беседа Под лицензией Creative Commons. Читать Оригинальная статья.