Повреждение задерживает перезапуск гигантского детектора гравитационных волн в Италии

Позже в этом месяце физики возобновят охоту на астрофизических монстров: черные дыры и нейтронные звезды, сталкивающиеся в темноте и испускающие в космосе рябь, называемую гравитационными волнами. Но один из трех детекторов, зафиксировавших такие волны, — Virgo, недалеко от Пизы, Италия — столкнулся с техническими проблемами, из-за которых его перезапуск задержится спустя 3 года после закрытия всех объектов на техническое обслуживание и модернизацию. В течение следующих нескольких месяцев только два детектора Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) в штатах Луизиана и Вашингтон будут собирать данные, что затрудняет определение источников на небе.

Проблема, похоже, возникает не в модернизации, а в старых деталях, которые создают шум, который заглушает многие сигналы, говорит Фиодор Соррентино, физик из Национального института ядерной физики Италии (INFN) и координатор ввода в эксплуатацию Virgo. «Но мы не можем быть уверены на 100%», прежде чем открыть детектор, — говорит он. Дэниел Хольц, астрофизик из Чикагского университета, говорит, что такие сбои — это нормально, хотя LIGO и Virgo их избегали. «Мы заслужили такое невезение, потому что наша чрезмерная удача должна была иссякнуть».

Удача началась в 2015 году, когда детекторы LIGO впервые почувствовали рябь, возникающую, когда две массивные черные дыры закручивались друг в друга и сливались. Два года спустя LIGO и Virgo заметили слияние двух нейтронных звезд, которое вызвало взрыв, названный килоновой, который также был замечен множеством телескопов. На данный момент три детектора зарегистрировали более 90 слияний черных дыр и двух нейтронных звезд.

Каждый детектор представляет собой огромное L-образное оптическое устройство, называемое интерферометром. Свет отражается между тяжелыми зеркалами на концах каждого плеча L. Некоторое количество света просачивается через зеркала в локте, и два световых луча интерферируют, либо нейтрализуя, либо усиливая друг друга, в зависимости от относительной длины плеч. Проходящая гравитационная волна обычно растягивает одно плечо больше, чем другое, в результате чего свет выходит из устройства синхронно с волной.

Чтобы заметить незначительное растяжение, руки должны быть длинными. LIGO простирается на 4 километра, а Virgo — на 3 километра. Детекторы также должны подавлять другие вибрации, чтобы стабилизировать длину каждого плеча на уровне 1 фемтометра, ширины протона. Таким образом, вся установка находится в вакуумной камере, а сложная система подвески поддерживает каждое зеркало. Проблемы у Девы, похоже, возникли с подвеской и зеркалами.

Каждое из его 40-килограммовых зеркал подвешено на паре тонких стекловолокон. В ноябре 2022 года сломалось волокно, поддерживающее одно зеркало. По словам Соррентино, хотя зеркало упало на минимальное расстояние, толчок, похоже, ослабил один из четырех магнитов, прикрепленных к зеркалу и используемых для его стабилизации. Движения магнита генерируют небольшое количество тепла — буквально вибрации в стекле. Кроме того, зеркало в другой руке, которое пострадало от аналогичного падения в 2017 году, теперь имеет небольшую внутреннюю трещину, которая растет и выделяет тепло. Шум ограничивает чувствительность Девы примерно вдвое по сравнению с тем, что было в конце последнего прогона.

Проблемы стали очевидными лишь недавно, поскольку ввод в эксплуатацию некоторых обновлений занял больше времени, чем ожидалось, говорит Джанлука Джемме, физик из INFN и представитель команды Virgo, состоящей из 850 человек. Вместо того, чтобы перезапускать детектор, исследователи откроют его вакуумную камеру, чтобы удалить незакрепленный магнит из одного зеркала и заменить другое зеркало. Эта работа должна быть завершена к июлю, говорит Джемме. Настройка инструмента займет еще несколько месяцев. «Если все пойдет хорошо и не будет дополнительных скрытых источников шума, мы сможем присоединиться к [LIGO] осенью», — говорит Джемме. Тем не менее, Соррентино предупреждает: «Нынешняя ситуация немного пугает, потому что никогда не знаешь, что произойдет, если возьмешься за [зеркала]».

Два детектора LIGO работают хорошо и должны быть готовы к перезапуску 24 мая, говорит Патрик Брэйди, астрофизик из Университета Висконсин-Милуоки и представитель сотрудничества LIGO. Но временная потеря Девы ограничит возможности науки. Три детектора могут обнаружить источник в небе с точностью до нескольких десятков квадратных градусов. С двумя локализация намного хуже.