Гравитационный

Вы также можете найти этого автора в PubMed Google Scholar.

LIGO может обнаружить гравитационные волны, которые генерируются при столкновении двух черных дыр. Кредит: Проект SXS.

У вас есть полный доступ к этой статье через ваше учреждение.

После трехлетнего перерыва, продлившегося из-за пандемий, поиск гравитационных волн — ряби в пространстве-времени, которая является отличительной чертой сталкивающихся черных дыр и других космических катаклизмов — возобновился.

Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO), имеющая два массивных детектора в Хэнфорде, штат Вашингтон, и Ливингстоне, штат Луизиана, сейчас перезапускается с улучшенной чувствительностью после многомиллионной модернизации. Улучшения должны позволить установке улавливать сигналы от сталкивающихся черных дыр каждые два-три дня, по сравнению с раз в неделю или около того во время ее предыдущего запуска в 2019–2020 годах.

Гравитационно-волновая обсерватория LIGO намерена удвоить свою обнаруживающую способность

Детектор Virgo недалеко от Пизы, Италия, который прошел собственную модернизацию стоимостью 8,4 миллиона евро (9 миллионов долларов США), должен был присоединиться к нему, но технические проблемы вынуждают его команду продлить срок его остановки и выполнить дальнейшее обслуживание. «Мы ожидаем, что сможем возобновить работу к концу лета или началу осени», — говорит представитель Virgo Джанлука Джемме, физик из Национального института ядерной физики Италии в Генуе.

KAGRA, детектор гравитационных волн, расположенный под горой Икенояма в Японии, также перезапустится 24 мая. Ее технология, хотя и более продвинутая (она была открыта в 2020 году), находится в стадии доработки, а ее чувствительность все еще ниже, чем у LIGO в 2015 году. Главный исследователь Такааки Кадзита, физик Токийского университета, лауреат Нобелевской премии, говорит, что KAGRA присоединится к LIGO на месяц, а затем снова закроется на следующий период ввода в эксплуатацию. По словам Каджиты, на этом этапе команда охладит четыре главных зеркала интерферометра до 20 К — функция, которая отличает KAGRA от других детекторов, которые послужат моделью для обсерваторий следующего поколения.

Гравитационные волны производятся большими ускоряющимися массами, и волны циклически растягивают и сжимают ткань пространства по мере своего движения. Начиная с исторического первого обнаружения LIGO в 2015 году, большинство из 90 или около того гравитационно-волновых событий, зарегистрированных до сих пор, были связаны со спиральным движением пар черных дыр в процессе слияния в одну; некоторые из них образовались аналогичным образом в результате слияния двух нейтронных звезд или нейтронной звезды и черной дыры.

LIGO, Virgo и KAGRA основаны на одной и той же концепции интерферометра, которая включает в себя разделение лазерного луча на две части и отражение полученных лучей между двумя зеркалами на обоих концах длинной вакуумной трубы. (В LIGO каждое из двух «плечей» интерферометра имеет длину 4 километра; в Virgo и KAGRA — 3 км.) Затем два луча возвращаются назад и перекрываются на датчике в середине. При отсутствии каких-либо возмущений в пространстве-времени колебания лучей нейтрализуют друг друга. Но прохождение гравитационных волн приводит к изменению длины рукавов относительно друг друга, так что волны не перекрываются идеально, и датчик обнаруживает сигнал.

Детектор LIGO в Ливингстоне, штат Луизиана, является одним из двух детекторов, базирующихся в США. Фото: Синьхуа/Калифорнийский технологический институт/MIT/LIGO Lab.

Типичные гравитационно-волновые события изменяют длину рукавов лишь на долю ширины протона. Обнаружение таких мельчайших изменений требует тщательной изоляции от шума, исходящего из окружающей среды и от самих лазеров.

В ходе обновлений, проведенных перед запуском 2019–2020 годов, LIGO и Virgo устранили часть этого шума с помощью метода, называемого легким сжатием. Этот подход имеет дело с собственным шумом, вызванным тем фактом, что свет состоит из отдельных частиц: когда лучи достигают датчика, каждый отдельный фотон может прибыть немного раньше или слишком поздно, что означает, что лазерные волны не перекрываются и не нейтрализуются. прекрасно даже в отсутствие гравитационных волн.