Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
(Перенаправлено з LIGO)
Перейти до: навігація, пошук
Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія
англ.
LIGO
LIGO control.jpg
Контрольна кіманата LIGO в Хенфорді, штат Вашингтон
Організація: LIGO Scientific Collaboration
Розташування: Генфордський ядерний комплекс, штат Вашингтон
Координати: 46°27′18″ пн. ш. 119°24′27″ зх. д. / 46.4551444° пн. ш. 119.4076556° зх. д. / 46.4551444; -119.4076556 (LIGO Hanford Observatory)
30°33′46″ пн. ш. 90°46′27″ зх. д. / 30.5628944° пн. ш. 90.7742417° зх. д. / 30.5628944; -90.7742417 (LIGO Livingston Observatory)
Довжина хвилі: 43-10000 км
(30-7000 Гц)
Побудований: 1999
Стиль телескопа: обсерваторія гравітаційних хвиль
Діаметр: 4000 м
Сайт: http://www.ligo.org/
Запит «LIGO» перенаправляє сюди; див. також інші значення.

Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія (ЛІГО) (англ. Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO) — проект був запропонований у 1992 році Кіпом Торном і Рональдом Дрівером з Каліфорнійського технологічного інституту та Райнером Вайсом з Массачусетського технологічного інституту. Проект фінансується американським Національним науковим фондом. На створення лабораторії було витрачено 365 000 000 доларів, цей проект є найамбіційнішим серед усіх, що коли-небудь фінансувалися фондом. Міжнародна наукова спільнота Лазерної інтерферометричної гравітаційно-хвильової обсерваторії є колективом дослідників, що зростає з кожним роком: близько 40 науково-дослідних інститутів і 600 вчених, що працюють над аналізом даних, які надходять з ЛІГО й інших обсерваторій.

Цілі і завдання[ред.ред. код]

Головне завдання LIGO — експериментальне виявлення гравітаційних хвиль космічного походження. Ці хвилі вперше були передбачені в загальній теорії відносності Альберта Ейнштейна в 1916 році, коли ще не існувало технологій, необхідних для їх виявлення. Вперше непрямі свідчення на користь їхнього існування були отримані Расселлом Галсом та Джозефом Тейлором при вивченні пульсара PSR B1913 +16. За відкриття гіпотетичної втрати пульсаром енергії на випромінювання гравітаційних хвиль, вчені були нагороджені Нобелівською премією з фізики за 1993 рік.

У серпні 2002 року обсерваторія LIGO почала безпосередній пошук доказів існування гравітаційних хвиль. Їх можна спостерігати в подвійних системах (зіткнення і взаємодії нейтронних зірок та чорних дір), при вибухах наднових зірок, поблизу пульсарів і в залишках гравітаційного випромінювання, породженого Великим вибухом. Теоретично обсерваторія може досліджувати і такі гіпотетичні явища як космічні струни та границі доменів (англ. Domain wall, кордони, що розділяють регіони двох можливих мінімумів потенціальної енергії (вакууму)) .

Обсерваторія бере участь в проекті Einstein@Home.

Обсерваторії[ред.ред. код]

Південний детектор (х-рукав) інтерферометра в Генфорді
Принцип детектування. Фактичні дані на 2015 рік.[1]

LIGO складається з двох обсерваторій: в Лівінгстоні (штат Луїзіана)[2] і в Генфорді (штат Вашингтон)[3], віддалених одна від одної на 3002 кілометри. Оскільки швидкість поширення гравітаційних хвиль, як очікують, дорівнює швидкості світла, ця відстань дає різницю в 10 мілісекунд, яка дозволить визначити напрям на джерело зареєстрованного сигналу.

Основний елемент кожної обсерваторії — Г-подібна система, яка складається з двох чотирикілометрових плечей з високим вакуумом всередині. Всередині такої системи установлюється модифікованний інтерферометр Майкельсона, в кожному з плече́й якого завдяки додатковим дзеркалам з кварцевого скла утворюються резонатори Фабрі-Перо, ці дзеркала на особливому підвісі є пробними масами, відстань між якими змінює гравітаційна хвиля. Вона збільшує одне плече і одночасно скорочує друге.

Промінь лазера спочатку проходить через односторонє дзеркало, яке пропускає промінь від лазера і відбиває промінь, який повертається з інтерферометра, таким чином являючись рециркулятором потужності і дозволяючи замість 750-кіловатного лазера використовувати 200-ватний. Пізніше промінь входить в інтерферометр і розділюється світлоподільником на два промені, кожний з яких скеровується у відповідне плече інтерферометра і проходить резонатор Фабрі-Перо близько 280 разів, багаторазово відображаючись на кінці і на початку плеча, що значно підвищує чутливість інтерферометра. Пізніше промені з двох плечей складаються у фотодетекторі, і різниця ходу між ними викликає зміну струму в детекторі.

Одночасно з основним інтерферометром може бути використаний «малий» інтерферометр. Довжина плеча такого інтерферометра вдвоє менша (2 кілометри), а різкість резонаторів Фабрі-Перо в плечах та ж, що і у основного інтерферометра, що відповідає вдвоє меншому часу затухання. Внаслідок зменшення часу, теоретична розрахункова чутливість малого інтерферометра збігається з чутливістю основного інтерферометра на частотах вищих 200 Гц, але вдвічі гірша на низьких частотах.

Обсерваторія в Лівінгстоні працює з одним інтерферометром в основному режимі. В 2004 році цей інтерферометр був успішно удосконалений за рахунок установки основанної на гідравлічних актюаторах активної системи механічного шумозаглу́шування. Така система забезпечує ослаблення вібрацій на частотах 0,1—5 Гц на порядок. У цій смузі сейсмічні вібрації обумовлені, в основному, мікросейсмічними хвилями і антропогенними джерелами (дорожним рухом, лісозаготілею і т. д.)

У Генфордській обсерваторії поряд з інтерферометром, ідентичним до Лівінгстонського, використовують також вдвоє менший інтерферометр. Завдяки обмежній сейсмічній активності в південно-східному Вашингтоні, в Генфорді допустимо було продовжувати використовувати пасивну систему шумозаглу́шування.

Оголошення про детектування гравітаційних хвиль[ред.ред. код]

11 лютого 2016 року науковці обсерваторії LIGO опубліковали в журналі Physical Review Letters про успішне детектування гравітаційних хвиль у сигналі, зареєстрованому о 09:51 UTC 14 вересня 2015[4] при злитті двох чорних дір масою ~30 сонячних мас, яке відбулося 1,3 млрд років тому.[5][6] на відстані більше мільярда світлових років від Землі.[7]

Виноски[ред.ред. код]

  1. Згідно з офіційним джерелом у майбутньому перед рециркулятором потужності лазерний промінь буде мати потужність 200 Вт, а не 20 Вт, як на рисунку, крім того, згідно тому ж джерелу, циркулюча потужність буде дорівнювати 750 кВт, а не 100 кВт, як на рисунку.
  2. Вигляд з космосу
  3. Вигляд з космосу
  4. Гравітаційні хвилі Ейнштейна "побачені" з чорних дір. BBC News. 11.02.2016.  (англ.)
  5. Castelvecchi, Davide; Witze, Witze (11.02.2016). Гравітаційні хвилі Ейнштейна знайшли нарешті. Nature News. doi:10.1038/nature.2016.19361. Процитовано 2016-02-11. 
  6. Gravitational waves detected 100 years after Einstein's prediction. LIGO. February 11, 2016. Процитовано 11 February 2016. 
  7. Вчені зафіксували гравітаційні хвилі BBC News 11.02.2016