Детектор гравитационных волн LIGO снова работает после 3 лет обновлений

Профессор физики штата Пенсильвания

Чад Ханна получает финансирование от Национального научного фонда и НАСА.

Penn State предоставляет финансирование в качестве партнера-основателя The Conversation US.

Посмотреть всех партнеров

После трехлетнего перерыва ученые в США только что включили детекторы, способные измерять гравитационные волны – крошечные пульсации в самом космосе, которые путешествуют через Вселенную.

В отличие от световых волн, гравитационным волнам почти не мешают галактики, звезды, газ и пыль, наполняющие Вселенную. Это означает, что, измеряя гравитационные волны, астрофизики вроде меня могут заглянуть прямо в суть некоторых из этих самых впечатляющих явлений во Вселенной.

С 2020 года Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория, широко известная как LIGO, бездействовала, пока проходила несколько интересных обновлений. Эти улучшения значительно повысят чувствительность LIGO и позволят объекту наблюдать более удаленные объекты, которые создают меньшую пульсацию в пространстве-времени.

Обнаружив больше событий, которые создают гравитационные волны, у астрономов появится больше возможностей наблюдать свет, создаваемый этими же событиями. Наблюдение за событием через несколько каналов информации, подход, называемый мультимессенджерной астрономией, предоставляет астрономам редкие и желанные возможности узнать о физике, выходящие далеко за рамки любых лабораторных испытаний.

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, масса и энергия искажают форму пространства и времени. Искривление пространства-времени определяет, как объекты движутся относительно друг друга – то, что люди воспринимают как гравитацию.

Гравитационные волны создаются, когда массивные объекты, такие как черные дыры или нейтронные звезды, сливаются друг с другом, вызывая внезапные и большие изменения в пространстве. Процесс деформации и изгибания пространства посылает рябь по вселенной, как волна по тихому пруду. Эти волны распространяются во всех направлениях от возмущения, поминутно искривляя пространство и слегка меняя расстояние между объектами на своем пути.

Несмотря на то, что астрономические события, вызывающие гравитационные волны, затрагивают 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 всего на три фута (один метр).

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

Примерно в 2000 году ученые из Калифорнийского технологического института, Массачусетского технологического института и других университетов по всему миру завершили строительство, по сути, самой точной линейки из когда-либо построенных — обсерватории LIGO.

LIGO состоит из двух отдельных обсерваторий: одна расположена в Хэнфорде, штат Вашингтон, а другая — в Ливингстоне, штат Луизиана. Каждая обсерватория имеет форму гигантской буквы L с двумя рукавами длиной 2,5 мили (четыре километра), простирающимися от центра объекта под углом 90 градусов друг к другу.

Чтобы измерить гравитационные волны, исследователи направляют лазер от центра установки к основанию буквы L. Там лазер разделяется так, что луч проходит по каждому плечу, отражается от зеркала и возвращается к основанию. Если гравитационная волна пройдет через рукава, пока светит лазер, два луча вернутся в центр в немного разное время. Измерив эту разницу, физики могут обнаружить, что через установку прошла гравитационная волна.

LIGO начал работать в начале 2000-х годов, но он не был достаточно чувствителен, чтобы обнаруживать гравитационные волны. Поэтому в 2010 году команда LIGO временно закрыла установку, чтобы провести модернизацию и повысить чувствительность. Модернизированная версия LIGO начала сбор данных в 2015 году и почти сразу обнаружила гравитационные волны, возникающие в результате слияния двух черных дыр.