Po trzyletniej przerwie naukowcy w USA właśnie włączyli zdolne do tego detektory Pomiar fal grawitacyjnych— małe zmarszczki w samej przestrzeni, które podróżują po całym wszechświecie.
W przeciwieństwie do fal świetlnych, fale grawitacyjne zbiegają się Nie przeszkadzają mu w tym galaktyki, gwiazdy, gaz i pył które wypełniają wszechświat. Oznacza to, że mierząc fale grawitacyjne, Astrofizycy mnie lubią Może zajrzeć bezpośrednio do serca niektórych z najbardziej ekscytujących zjawisk we wszechświecie.
Od 2020 roku działa Interferometryczne Obserwatorium Laserowe Fal Grawitacyjnych – potocznie zwane klocki Lego— Spał podczas ekscytujących promocji. Te ulepszenia będą Znacznie zwiększona czułość LIGO i powinien umożliwiać placówce wykrywanie odległych obiektów, które wytwarzają mniejsze zmarszczki na obiekcie Czas wolny.
Dzięki odkryciu większej liczby zdarzeń, które tworzą fale grawitacyjne, astronomowie będą mieli więcej możliwości obserwowania światła wytwarzanego przez te same zdarzenia. zobaczyć wydarzenie poprzez wiele kanałów informacyjnychpodejście tzw Astronomia wielu posłańcówZapewnia astronomom Rzadkie i poszukiwane okazje Dowiedz się o fizyce, która wykracza poza zakres jakiegokolwiek testu laboratoryjnego.
fale w czasoprzestrzeni
według Ogólna teoria względności EinsteinaA masa i energia zniekształcają kształt przestrzeni i czasu. Zakrzywienie czasoprzestrzeni określa, w jaki sposób obiekty poruszają się względem siebie – co ludzie odczuwają jako grawitację.
Fale grawitacyjne powstają, gdy masywne obiekty, takie jak czarne dziury lub gwiazdy neutronowe, łączą się ze sobą, powodując duże i gwałtowne zmiany w przestrzeni. Proces zginania i wyginania w przestrzeni powoduje falowanie we wszechświecie Fala przez nieruchomy staw. Fale te przemieszczają się we wszystkich kierunkach od turbulencji, delikatnie zakrzywiając przestrzeń i nieznacznie zmieniając odległość między obiektami na swojej drodze.
Chociaż zdarzenia astronomiczne, które wytwarzają fale grawitacyjne, obejmują niektóre z najbardziej masywnych obiektów we wszechświecie, rozszerzanie się i kurczenie przestrzeni jest bardzo małe. Potężna fala grawitacyjna przechodząca przez Drogę Mleczną może zmienić średnicę całej galaktyki o trzy stopy (jeden metr).
Pierwsze obserwacje fali grawitacyjnej
Chociaż Einstein po raz pierwszy przewidział to w 1916 r., naukowcy tamtej epoki mieli niewielką nadzieję na zmierzenie subtelnych zmian odległości, które postulowała teoria fal grawitacyjnych.
Około roku 2000 naukowcy z Caltech, MIT i innych uniwersytetów na całym świecie zakończyli budowę zasadniczo najdokładniejszej linijki w historii —klocki Lego.
LIGO składa się z dwóch oddzielnych obserwatoriów, jeden znajduje się w Hanford w stanie Waszyngton, a drugi w Livingston w Luizjanie. Każde obserwatorium ma kształt gigantycznej litery L z dwoma 4-kilometrowymi ramionami rozciągającymi się od środka obiektu pod kątem 90 stopni względem siebie.
Aby zmierzyć fale grawitacyjne, naukowcy świecą laserem od środka obiektu do podstawy L. Tam laser jest rozdzielany tak, że wiązka przemieszcza się w dół każdego ramienia, odbija się od lustra i wraca do podstawy. Jeśli fala grawitacyjna przejdzie przez ramiona, gdy świeci laser, dwie wiązki powrócą do środka w nieco innym czasie. Mierząc tę różnicę, fizycy mogą stwierdzić, że przez obiekt przeszła fala grawitacyjna.
LIGO zabrało się do pracy na początku XXI wieku, ale nie był wystarczająco czuły, aby wykryć fale grawitacyjne. W związku z tym w 2010 roku zespół LIGO tymczasowo zamknął obiekt do pracy Uaktualnienia w celu zwiększenia czułości. Ruszyła ulepszona wersja LIGO Dane zebrane w 2015 roku i niemal natychmiast wykrywanie fal grawitacyjnych Było to spowodowane połączeniem dwóch czarnych dziur.
Od 2015 roku LIGO zostało zakończone Trzy biegi obserwacyjne. Pierwszy, bieg O1, trwał około czterech miesięcy; drugi, O2, ma około dziewięciu miesięcy; A trzeci, O3, działał przez 11 miesięcy, zanim pandemia COVID-19 wymusiła zamknięcie obiektów. Począwszy od O2, LIGO wspólnie oglądało Włoskie obserwatorium nosi nazwę Wieża Dziewicza.
Pomiędzy każdym przebiegiem naukowcy ulepszyli sprzęt detektora i metody analizy danych. Pod koniec biegu O3 w marcu 2020 r. naukowcy współpracujący z LIGO i Virgo odkryli Około 90 fal grawitacyjnych Z połączenia czarnych dziur i gwiazd neutronowych.
Obserwatoria nadal działają Nie osiągnąłeś jeszcze maksymalnej czułości projektowej. Dlatego w 2020 roku oba obserwatoria są zamknięte z powodu modernizacji jeszcze raz.
Zrób kilka ulepszeń
Naukowcy pracowali nad Wiele ulepszeń technologicznych.
Jedna szczególnie obiecująca aktualizacja obejmowała dodanie 1000 stóp (300 m) jama optyczna poprawić A Technika zwana kompresją. Ciśnienie pozwala naukowcom zredukować szum detektora, wykorzystując kwantowe właściwości światła. Dzięki tej aktualizacji zespół LIGO powinien być w stanie wykrywać fale grawitacyjne, które są znacznie słabsze niż wcześniej.
Mój zespół i ja Są naukowcami danych we współpracy LIGO, a my pracowaliśmy nad wieloma różnymi aktualizacjami dla współpracy LIGO Oprogramowanie służące do przetwarzania danych LIGO i algorytmy, które znasz Oznaki fal grawitacyjnych w tych danych. Algorytmy te działają na zasadzie wyszukiwania pasujących wzorców Teoretyczne modele za miliony możliwych zdarzeń fuzji czarnej dziury i gwiazdy neutronowej. Ulepszony algorytm powinien być w stanie wykryć słabe sygnały fal grawitacyjnych z szumu tła w danych łatwiej niż poprzednie wersje algorytmów.
Era wysokiej rozdzielczości w astronomii
Na początku maja 2023 r. LIGO rozpoczęło krótki test — zwany przebiegiem inżynieryjnym — aby upewnić się, że wszystko działa. 18 maja LIGO wykryło możliwe fale grawitacyjne Są one spowodowane połączeniem się gwiazdy neutronowej z czarną dziurą.
Oficjalnie rozpoczęto 20-miesięczną obserwację LIGO w 04 rozpoczął się 24 maja Później dołączy do niego Virgo i nowe japońskie obserwatorium — Detektor Fal Grawitacyjnych Kamioka, w skrócie KAGRA.
Chociaż istnieje wiele celów naukowych w tym zakresie, szczególny nacisk kładzie się na wykrywanie fal grawitacyjnych i lokalizowanie ich w czasie rzeczywistym. Jeśli zespołowi uda się zlokalizować zdarzenie fali grawitacyjnej, dowiedzieć się, skąd pochodzą fale i szybko zaalarmować innych astronomów o tych wykryciach, umożliwi to astronomom skierowanie innych teleskopów zbierających światło widzialne, fale radiowe lub inne rodzaje danych u źródła dla fali grawitacyjnej. Zbierz wiele kanałów informacji o jednym zdarzeniu.Astrofizyka wielu wiadomości— dodanie koloru i dźwięku do niemego czarno-białego filmu może zapewnić znacznie głębsze zrozumienie zjawisk astrofizycznych.
Astronomowie zaobserwowali tylko jedno zdarzenie zarówno w falach grawitacyjnych, jak i świetle widzialnym Jeszcze – fuzja Dwie gwiazdy neutronowe widziane w 2017 roku. Ale dzięki temu pojedynczemu wydarzeniu fizycy mogli się uczyć Ekspansja wszechświata I potwierdza pochodzenie niektórych z najbardziej energetycznych wydarzeń we wszechświecie, znanych jako rozbłyski gamma.
Po uruchomieniu O4 astronomowie uzyskają dostęp do najbardziej czułych obserwatoriów fal grawitacyjnych w historii i miejmy nadzieję, że zgromadzą więcej danych niż kiedykolwiek wcześniej. Ja i moi koledzy mamy nadzieję, że nadchodzące miesiące przyniosą jedną – a być może wiele – obserwacje z wieloma wiadomościami, które przesuną granice współczesnej astrofizyki.
Ten artykuł został ponownie opublikowany z Rozmowa Na licencji Creative Commons. Przeczytać Oryginalny artykuł.
Źródło zdjęcia: Goddard Space Flight Center NASA/Scott Noble; Dane symulacyjne, Dascoli i in. 2018
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
