LİGO - LIGO

Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi
LLO Kontrol Odası.jpg
Gelişmiş LIGO'nun ilk gözlem çalışması sırasında olduğu gibi LIGO Livingston kontrol odası (O1)
alternatif isimler LİGO Bunu Vikiveri'de düzenleyin
Konum(lar) Hanford Sitesi , Washington ve Livingston , Louisiana , ABD
koordinatlar LIGO Hanford Gözlemevi: 46°27'18.52"K 119°24'27.56"B / 46.4551444°K 119.4076556°B / 46.4551444; -119.4076556 ( LIGO Hanford Gözlemevi )
LIGO Livingston Gözlemevi: 30°33'46.42"K 90°46'27.27"B / 30.5628944°K 90.7742417°B / 30.5628944; -90.7742417 ( LIGO Livingston Gözlemevi )
organizasyon LIGO Bilimsel İşbirliği Bunu Vikiveri'de düzenleyin
dalga boyu 43 km (7.0 kHz)–10.000 km (30 Hz)
İnşa edilmiş 1994-2002 ( 1994–2002 ) Bunu Vikiveri'de düzenleyin
İlk ışık 23 Ağustos 2002 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
teleskop stili yerçekimi dalgası gözlemevi Bunu Vikiveri'de düzenleyin
Uzunluk 4.000 m (13.123 ft 4 inç) Bunu Vikiveri'de düzenleyin
İnternet sitesi www .ligo .caltech .edu Bunu Vikiveri'de düzenleyin
LIGO'nın ABD'de bulunduğu yer
LIGO Livingston Gözlemevi
LIGO Livingston Gözlemevi
LIGO Hanford Gözlemevi
LIGO Hanford Gözlemevi
Commons sayfası Wikimedia Commons ile ilgili medya

Lazer İnterferometre Gravitasyonal-Dalga Gözlemevi ( LIGO ) büyük ölçekli olduğu fizik kozmik algılamak için tasarlanmış deney ve gözlemevi yerçekimsel dalgalar ve bir astronomik araç olarak yerçekimsel dalga gözlemlerini geliştirmek. Lazer interferometri ile yerçekimi dalgalarını tespit etmek amacıyla Amerika Birleşik Devletleri'nde iki büyük gözlemevi inşa edildi . Bu gözlemevleri , bir protonun yük çapının on binde birinden daha az bir değişikliği tespit edebilen dört kilometre aralıklı aynalar kullanır .

İlk LIGO gözlemevleri Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilim Vakfı (NSF) tarafından finanse edildi ve Caltech ve MIT tarafından tasarlandı, inşa edildi ve işletildi . 2002'den 2010'a kadar veri topladılar, ancak hiçbir yerçekimi dalgası tespit edilmedi.

Orijinal LIGO dedektörlerini geliştirmeye yönelik Gelişmiş LIGO Projesi 2008'de başladı ve Birleşik Krallık Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi , Almanya Max Planck Derneği ve Avustralya Araştırma Konseyi'nin önemli katkılarıyla NSF tarafından desteklenmeye devam ediyor . Geliştirilen dedektörler 2015 yılında çalışmaya başladı. Yerçekimi dalgalarının tespiti, 2016 yılında LIGO Scientific Collaboration (LSC) ve Virgo Collaboration tarafından çeşitli üniversitelerden ve araştırma kurumlarından bilim adamlarının uluslararası katılımıyla rapor edildi . Projede yer alan bilim adamları ve yerçekimi dalgası astronomi verilerinin analizi , Aralık 2016 itibariyle dünya çapında 1000'den fazla bilim insanının yanı sıra 440.000 aktif Einstein@Home kullanıcısını içeren LSC tarafından organize edilmektedir .

LIGO, şimdiye kadar NSF tarafından finanse edilen en büyük ve en iddialı projedir. 2017 yılında, Fizik Nobel verildi Rainer Weiss , Kip Thorne ve Barry C Barish "LIGO dedektörü ve yerçekimi dalgaların gözlemine nihai katkıları için".

Gözlemler "koşularda" yapılır. Aralık 2019 itibariyle, LIGO 3 koşu yaptı ve 50 yerçekimi dalgası tespiti yaptı. Dedektörlerin bakım ve yükseltmeleri çalıştırmalar arasında yapılır. 12 Eylül 2015'ten 19 Ocak 2016'ya kadar süren ilk çalışma O1, tümü kara delik birleşmelerinden oluşan ilk 3 tespiti yaptı. 30 Kasım 2016'dan 25 Ağustos 2017'ye kadar süren ikinci çalışma olan O2, 8 tespit, 7 kara delik birleşmesi ve ilk nötron yıldızı birleşmesi gerçekleştirdi. Üçüncü koşu, O3, 1 Nisan 2019'da başladı; (şimdiye kadar) 1 Nisan'dan 30 Eylül 2019'a kadar O3a ve 1 Kasım 2019'dan COVID-19 nedeniyle Mart 2020'de askıya alınana kadar O3b'ye bölünmüştür .

Tarih

Arka plan

LIGO Hanford Gözlemevi
LIGO interferometrenin bir ayağının kısmi görünümü.
LIGO Laboratuvarı, biri doğu Washington'daki Hanford yakınlarında ve diğeri Livingston, Louisiana yakınlarında olmak üzere iki dedektör sahası işletmektedir. Bu fotoğraf Livingston dedektör sitesini göstermektedir.

LIGO kavramı, Albert Einstein'ın genel görelilik teorisinin bir bileşenini , yerçekimi dalgalarının varlığını test etmek için birçok bilim adamının erken çalışmaları üzerine inşa edildi . 1960'larda Amerikan dahil bilim adamları başlayan Joseph Weber , hem de Sovyet bilim adamları Mikhail Gertsenshtein ve Vladislav Pustovoit temel fikir ve lazer ait prototip gebe, interferometri ve 1967 yılında Rainer Weiss arasında MIT kullanım girişimölçer bir analizini yayınladı ve yapımını başlattığı askeri fonlu bir prototip, ancak operasyonel hale gelmeden önce sonlandırıldı. 1968'den başlayarak, Kip Thorne , Caltech'te yerçekimi dalgaları ve kaynakları üzerine teorik çalışmalar başlattı ve yerçekimi dalgası tespitinin sonunda başarılı olacağına ikna oldu.

Prototip interferometrik yerçekimi dalga dedektörleri (interferometreler) 1960'ların sonlarında Robert L. Forward ve Hughes Araştırma Laboratuvarları'ndaki meslektaşları (serbest salınım yerine titreşimden izole edilmiş bir plakaya monte edilmiş aynalarla) ve 1970'lerde (serbest salınım aynaları ile ) inşa edildi. hangi ışık yoluyla) birçok kez sekti Weiss MIT ve sonra tarafından Heinz Fatura ve meslektaşları içinde Garching tarafından daha sonra Almanya ve Ronald Drever , James Hough Glasgow, İskoçya ve meslektaşları.

1980'de NSF, MIT (Paul Linsay, Peter Saulson , Rainer Weiss) liderliğindeki büyük bir interferometre çalışmasını finanse etti ve ertesi yıl Caltech, 40 metrelik bir prototip (Ronald Drever ve Stan Whitcomb) inşa etti. MIT çalışması, yeterli hassasiyetle 1 kilometrelik bir ölçekte interferometrelerin fizibilitesini belirledi.

NSF'nin baskısı altında, MIT ve Caltech'ten MIT çalışmasına ve Caltech, MIT, Glasgow ve Garching'deki deneysel çalışmalara dayanan bir LIGO projesine liderlik etmek için güçlerini birleştirmeleri istendi . Drever, Thorne ve Weiss, 1984 ve 1985'te finansman için geri çevrilmelerine rağmen, bir LIGO yürütme komitesi kurdular. 1986'da, yönlendirme komitesini dağıtmaları istendi ve tek bir direktör, Rochus E. Vogt (Caltech) atandı. . 1988'de bir araştırma ve geliştirme önerisi fon sağladı.

1989'dan 1994'e kadar, LIGO teknik ve organizasyonel olarak ilerleyemedi. Sadece siyasi çabalar fon sağlamaya devam etti. Devam eden finansman, ABD Kongresi'nin LIGO'yu ilk yıl için 23 milyon $'a finanse etmeyi kabul ettiği 1991 yılına kadar rutin olarak reddedildi . Ancak, fonu alma gereksinimleri karşılanmadı veya onaylanmadı ve NSF, projenin teknolojik ve organizasyonel temelini sorguladı. 1992'de LIGO, Drever'ın artık doğrudan bir katılımcı olmadığı bir şekilde yeniden yapılandırıldı. Devam eden proje yönetimi sorunları ve teknik endişeler, projenin NSF incelemelerinde ortaya çıktı ve 1993'te resmi olarak harcamaları dondurana kadar fonların kesilmesiyle sonuçlandı.

1994 yılında, ilgili NSF personeli, LIGO'nun bilimsel liderleri ve MIT ve Caltech başkanları arasında yapılan istişarelerden sonra, Vogt istifa etti ve Barry Barish (Caltech) laboratuvar direktörü olarak atandı ve NSF, LIGO'nun destek için son bir şansı olduğunu açıkça belirtti. Barish'in ekibi, önceki teklifleri %40 oranında aşan bir bütçeyle yeni bir çalışma, bütçe ve proje planı oluşturdu. Barish, NSF'ye ve Ulusal Bilim Kuruluna, LIGO'yu ilk LIGO ile yerçekimi dalgalarının tespitinin mümkün olacağı ve gelişmiş LIGO ile mümkün olacağı evrimsel bir dedektör olarak inşa etmeyi önerdi. Bu yeni teklif NSF finansmanı aldı, Barish Baş Araştırmacı olarak atandı ve artış onaylandı. 1994 yılında, 395 milyon ABD$'lık bir bütçeyle LIGO, tarihteki en büyük toplam finanse edilen NSF projesi olarak yer aldı. Proje 1994'ün sonlarında Hanford, Washington'da ve 1995'te Livingston, Louisiana'da temellerini attı. İnşaat 1997'de tamamlanmak üzereyken, Barish'in liderliğinde iki kurumsal kurum kuruldu: LIGO Laboratuvarı ve LIGO Bilimsel İşbirliği (LSC). LIGO laboratuvarı, LIGO Operasyonu ve Gelişmiş Ar-Ge kapsamında NSF tarafından desteklenen tesislerden oluşur; buna LIGO dedektörünün ve test tesislerinin yönetimi de dahildir. LIGO Bilimsel İşbirliği, LIGO'da teknik ve bilimsel araştırmaları organize etmek için bir forumdur. Kendi gözetimi ile LIGO Laboratuvarından ayrı bir organizasyondur. Barish, Weiss'ı bu bilimsel işbirliğinin ilk sözcüsü olarak atadı.

Gözlemler başlar

2002 ve 2010 yılları arasındaki ilk LIGO operasyonları herhangi bir yerçekimi dalgası tespit etmedi. 2004 yılında, Barish yönetiminde, LIGO geliştirmenin bir sonraki aşaması ("Gelişmiş LIGO" olarak adlandırılır) için finansman ve temel atıldı. Bunu, dedektörlerin yerini çok daha iyileştirilmiş "Gelişmiş LIGO" versiyonları alırken, çok yıllı bir kapatma izledi. LIGO/aLIGO makineleri için yapılan araştırma ve geliştirme çalışmalarının çoğu , Almanya'nın Hannover kentindeki GEO600 dedektörü için yapılan öncü çalışmalara dayanıyordu . Şubat 2015'e kadar dedektörler her iki lokasyonda da mühendislik moduna alındı.

2015 Eylül ortasına kadar, "dünyanın en büyük yerçekimi dalgası tesisi", toplam maliyeti 620 milyon ABD Doları olan 5 yıllık 200 milyon ABD Doları tutarında bir revizyonu tamamladı. 18 Eylül 2015'te Advanced LIGO, ilk resmi bilim gözlemlerine, ilk LIGO interferometrelerinin duyarlılığının yaklaşık dört katıyla başladı. Hassasiyeti, 2021 civarında tasarım hassasiyetine ulaşana kadar daha da geliştirilecektir.

Algılamalar

11 Şubat 2016'da, LIGO Bilimsel İşbirliği ve Başak İşbirliği , Dünya'dan yaklaşık 1,3 milyar ışıkyılı uzaklıkta birleşen iki ~30 güneş kütleli kara deliğin 14 Eylül 2015 tarihinde 09.51 UTC'de tespit edilen bir sinyalden yerçekimi dalgalarının tespiti hakkında bir makale yayınladı. .

Mevcut yönetici direktör David Reitze , Washington DC'deki bir medya etkinliğinde bulguları duyururken , yönetici direktör fahri Barry Barish, CERN'deki bulguların ilk bilimsel makalesini fizik topluluğuna sundu.

2 Mayıs 2016'da, LIGO Scientific Collaboration üyeleri ve diğer katkıda bulunanlar, yerçekimi dalgalarının doğrudan tespitine katkıda bulundukları için Temel Fizikte Özel Atılım Ödülü'ne layık görüldü .

16 Haziran 2016'da LIGO , Güneş kütlesinin 14,2 ve 7,5 katı olan iki kara deliğin birleşmesinden ikinci bir sinyal tespit edildiğini duyurdu . Sinyal 26 Aralık 2015'te 3:38 UTC'de alındı.

31.2 ve 19.4 güneş kütlesindeki nesneler arasında üçüncü bir kara delik birleşmesinin tespiti 4 Ocak 2017'de gerçekleşti ve 1 Haziran 2017'de açıklandı.

30.5 ve 25.3 güneş kütlesindeki nesneler arasında dördüncü bir kara delik birleşme tespiti 14 Ağustos 2017'de gözlemlendi ve 27 Eylül 2017'de açıklandı.

2017'de Weiss, Barish ve Thorne, "LIGO dedektörüne belirleyici katkıları ve yerçekimi dalgalarının gözlemlenmesi için" Nobel Fizik Ödülü'nü aldı . Weiss toplam para ödülünün yarısını aldı ve Barish ve Thorne'un her birine birer çeyrek ödül verildi.

LIGO, 26 Mart 2019'da iyileştirmeler için kapatıldıktan sonra çalışmaya devam etti ve Başak'ın 1 Nisan 2019'da ağa katılması bekleniyor.

Misyon

Frekansın bir fonksiyonu olarak Başlangıç ​​ve Gelişmiş LIGO için dedektör gürültü eğrileri. Gelişmiş Lazer İnterferometre Uzay Anteni (eLISA) gibi uzay kaynaklı dedektörler ve Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi (EPTA) gibi pulsar zamanlama dizileri için bantların üzerinde bulunurlar. Potansiyel astrofiziksel kaynakların karakteristik suşları da gösterilmiştir. Tespit edilebilir olması için bir sinyalin karakteristik geriliminin gürültü eğrisinin üzerinde olması gerekir. aLIGO'nun algılayabildiği bu frekanslar, insan işitme aralığındadır .

LIGO'nun misyonu, kozmik kökenli yerçekimi dalgalarını doğrudan gözlemlemektir. Bu dalgalar ilk olarak Einstein'ın genel görelilik kuramı tarafından 1916'da, bunların tespiti için gerekli teknolojinin henüz mevcut olmadığı bir zamanda tahmin edildi . 1974'teki ikili pulsar PSR 1913+16 gözlemleri, Einstein'ın kütleçekimsel radyasyonla enerji kaybı tahminleriyle eşleşen bir yörünge bozulması gösterdiğinde , bunların varlığı dolaylı olarak doğrulandı . Nobel Fizik 1993'te verildi Hulse ve Taylor bu keşfi için.

Yerçekimi dalgalarının doğrudan tespiti uzun zamandır aranıyordu. Onların keşfi, elektromanyetik teleskopları ve nötrino gözlemevlerini tamamlamak için yeni bir astronomi dalı başlattı . Joseph Weber , 1960'larda rezonans kütle çubuğu dedektörleri üzerindeki çalışmasıyla yerçekimi dalgalarını tespit etme çabasına öncülük etti . Bar dedektörler dünya çapında altı tesiste kullanılmaya devam ediyor. 1970'lerde, Rainer Weiss dahil bilim adamları , lazer interferometrisinin yerçekimi dalgası ölçümlerine uygulanabilirliğini fark ettiler . Robert Forward , 1970'lerin başında Hughes'da bir interferometrik dedektör çalıştırdı.

Aslında 1960'lar kadar erken bir tarihte ve belki de ondan önce, ışığın dalga rezonansı ve yerçekimi dalgaları üzerine yayınlanmış makaleler vardı. 1971'de, yüksek frekanslı yerçekimi dalgalarının tespiti için bu rezonanstan yararlanma yöntemleri üzerine bir çalışma yayınlandı . 1962'de ME Gertsenshtein ve VI Pustovoit, çok uzun dalga boylu yerçekimi dalgalarının tespiti için interferometre kullanma ilkelerini açıklayan ilk makaleyi yayınladı. Yazarlar, interferometreler kullanılarak duyarlılığın elektromekanik deneyler kullanmaktan 10 7 ila 10 10 kat daha iyi olabileceğini savundu . Daha sonra, 1965'te Braginsky , yerçekimi dalgası kaynaklarını ve olası tespitlerini kapsamlı bir şekilde tartıştı. 1962 makalesine dikkat çekti ve interferometrik teknoloji ve ölçüm teknikleri gelişirse yerçekimi dalgalarını tespit etme olasılığından bahsetti.

1990'ların başından bu yana fizikçiler, teknolojinin -önemli astrofiziksel ilgiye sahip- yerçekimi dalgalarının saptanmasının artık mümkün olduğu bir noktaya evrildiğini düşünüyorlardı .

Ağustos 2002'de LIGO, kozmik yerçekimi dalgalarını aramaya başladı. İkili sistemlerden ( nötron yıldızlarının veya kara deliklerin çarpışmaları ve birleşmeleri ), kütleli yıldızların süpernova patlamalarından (nötron yıldızlarını ve karadelikleri oluşturan), birleşen nötron yıldızlarından, kabukları deforme olmuş nötron yıldızlarının dönüşlerinden ve kütleçekim dalgalarının ölçülebilir emisyonları beklenir. evrenin doğuşuyla yaratılan yerçekimi radyasyonunun kalıntıları . Gözlemevi, teorik olarak, salınan kozmik sicimlerin veya çarpışan alan duvarlarının neden olduğu yerçekimi dalgaları gibi daha egzotik varsayımsal fenomenleri de gözlemleyebilir .

gözlemevleri

LIGO birlikte iki yerçekimi dalgası gözlemevi işletiyor: Livingston, Louisiana'daki LIGO Livingston Gözlemevi ( 30°33′46.42″K 90°46′27.27″W / 30.5628944°K 90.7742417°B / 30.5628944; -90.7742417 ) ve DOE Hanford Bölgesi'ndeki LIGO Hanford Gözlemevi ( 46°27′ 18.52″N 119°24′27.56″W ), Richland, Washington yakınlarında yer almaktadır . Bu siteler, dünya boyunca 3.002 kilometre (1.865 mil) düz çizgi mesafesi ile ayrılır, ancak yüzey üzerinde 3.030 kilometre (1.883 mil) bulunur. Yerçekimi dalgalarının ışık hızında hareket etmesi beklendiğinden, bu mesafe, yerçekimi dalgasının varış sürelerinde on milisaniyeye kadar bir farka karşılık gelir. Trilaterasyon kullanımı yoluyla, varış zamanlarındaki fark, özellikle Avrupa'da daha da uzak bir mesafede bulunan Başak gibi üçüncü bir benzer enstrüman eklendiğinde, dalganın kaynağını belirlemeye yardımcı olur .  / 46.4551444°K 119.4076556°B / 46.4551444; -119.4076556

Her gözlemevi , her iki tarafta 4 kilometre (2,5 mil) ölçen L şeklinde bir ultra yüksek vakum sistemini destekler . Her bir vakum sisteminde en fazla beş interferometre kurulabilir.

LIGO Livingston Gözlemevi , birincil konfigürasyonda bir lazer interferometre barındırır . Bu interferometre, 0.1-5 Hz bandında 10 izolasyon faktörü sağlayan hidrolik aktüatörlere dayalı aktif bir titreşim izolasyon sistemi ile 2004 yılında başarılı bir şekilde yükseltildi. Bu banttaki sismik titreşim, temel olarak mikrosismik dalgalardan ve antropojenik kaynaklardan (trafik, kütük vb.) kaynaklanmaktadır.

LIGO Hanford Gözlemevi, Livingston Gözlemevi'ndeki ile neredeyse aynı olan bir interferometre barındırır. Başlangıç ​​ve Gelişmiş LIGO aşamaları sırasında, ana interferometre ile paralel olarak çalışan yarım uzunlukta bir interferometre. Bu 2 km'lik interferometre için, Fabry-Pérot kol boşlukları aynı optik inceliğe ve dolayısıyla 4 km'lik interferometrelerin depolama süresinin yarısına sahipti. Depolama süresinin yarısı ile teorik gerinim duyarlılığı, 200 Hz'nin üzerindeki tam uzunluktaki interferometreler kadar iyiydi, ancak düşük frekanslarda sadece yarısı kadar iyiydi. Aynı dönemde, Hanford, Güneydoğu Washington'daki sınırlı jeolojik aktivite nedeniyle orijinal pasif sismik izolasyon sistemini korudu.

Operasyon

Bir yerçekimi dalgası gözlemevinin basitleştirilmiş çalışması
Şekil 1 : Bir ışın ayırıcı (yeşil çizgi), tutarlı ışığı (beyaz kutudan) aynalardan yansıyan (camgöbeği dikdörtgenleri) iki ışına böler; her kolda yalnızca bir giden ve yansıyan ışın gösterilir ve netlik için ayrılır. Yansıyan ışınlar yeniden birleşir ve bir girişim deseni saptanır (mor daire).
Şekil 2 : Sol kol (sarı) üzerinden geçen bir yerçekimi dalgası, uzunluğunu ve dolayısıyla girişim desenini değiştirir.

Bu bölümdeki parametreler Gelişmiş LIGO deneyine ilişkindir . Birincil interferometre güç geri oluşturan 4 bölgesinin uzunluğunun iki kiriş hattından oluşmaktadır Michelson interferometre ile Gires-Tournois etalonu silah. Önceden stabilize edilmiş 1064 nm Nd:YAG lazer , bir güç geri dönüşüm aynasından geçen 20 W gücünde bir ışın yayar. Ayna, lazerden gelen ışığı tamamen iletir ve diğer taraftan gelen ışığı yansıtır ve ayna ile sonraki ışın ayırıcı arasındaki ışık alanının gücünü 700 W'a yükseltir. Işın ayırıcıdan ışık iki dik kol boyunca hareket eder. Kısmen yansıtıcı aynaların kullanılmasıyla, her iki kolda da lazer ışığının etkin yol uzunluğunu artıran Fabry-Pérot boşlukları oluşturulur. Boşluktaki ışık alanının gücü 100 kW'dır.

Girişimölçerden bir yerçekimi dalgası geçtiğinde, yerel alandaki uzay-zaman değişir. Dalganın kaynağına ve polarizasyonuna bağlı olarak, bu, boşluklardan birinin veya her ikisinin uzunluğunda etkili bir değişiklikle sonuçlanır. Kirişler arasındaki etkili uzunluk değişimi, o anda boşlukta bulunan ışığın, gelen ışıkla çok hafif faz dışı (antifaz) olmasına neden olacaktır . Kavite nedenle periyodik olarak dışarı çok az alacak uyum ve ayarlı olan kirişler, yıkıcı müdahale detektörü de, çok hafif bir periyodik detuning değişen olacaktır. Bu, ölçülebilir bir sinyal ile sonuçlanır.

4 km'lik uzunluk boyunca uzak aynalara ve tekrar geri yaklaşık 280 yolculuk eşdeğerinden sonra, iki ayrı ışın kollardan ayrılır ve ışın ayırıcıda yeniden birleşir. İki koldan dönen ışınlar faz dışında tutulur, böylece kollar hem uyum içinde hem de girişim halindeyken (geçen yerçekimi dalgası olmadığında olduğu gibi), ışık dalgaları azalır ve fotodiyota hiçbir ışık ulaşmaz . Bir yerçekimi dalgası interferometreden geçtiğinde, interferometrenin kolları boyunca mesafeler kısalır ve uzar, bu da ışınların biraz daha az faz dışı olmasına neden olur. Bu, ışınların aynı fazda gelmesine ve bir rezonans yaratmasına neden olur , bu nedenle fotodiyota bir sinyal vererek bir miktar ışık gelir. Sinyal içermeyen ışık, güç geri dönüşüm aynası kullanılarak interferometreye döndürülür, böylece kollardaki ışığın gücü artar. Gerçek operasyonda, gürültü kaynakları, gerçek yerçekimi dalgası sinyallerine benzer etkiler üreten optiklerde harekete neden olabilir; Enstrümandaki sanatın ve karmaşıklığın büyük bir kısmı, aynaların bu sahte hareketlerini azaltmanın yollarını bulmaktır. Gözlemciler, gürültünün etkilerini azaltmak için her iki bölgeden gelen sinyalleri karşılaştırır.

gözlemler

LIGO Batı bacak girişimölçer üzerinde Hanford Rezervasyon

Mevcut astronomik olaylar modellerine ve genel görelilik teorisinin tahminlerine dayanarak, Dünya'dan on milyonlarca ışıkyılı uzaklıktan kaynaklanan yerçekimi dalgalarının 4 kilometrelik (2,5 mil) ayna aralığını yaklaşık olarak çarpıtması bekleniyor.10 -18  m , bir protonun yük çapının binde birinden az . Aynı şekilde, bu 10 yaklaşık olarak bir parçanın uzaktan bir görece değişikliktir, 21 . Tespit olayına neden olabilecek tipik bir olay , Samanyolu galaksisinde bulunması gerekmeyen, genellikle özetlenen çok özel bir sinyal dizisiyle sonuçlanması beklenen iki adet 10 güneş kütleli kara deliğin geç aşama inspirasyonu ve birleşmesidir. sloganıyla cıvıldama, patlama, yarı normal mod çalma, üstel bozulma.

2004'ün sonundaki dördüncü Science Run'larında, LIGO dedektörleri, bu yer değiştirmeleri, tasarımlarının 2 faktörü dahilinde ölçmede hassasiyet gösterdiler.

Kasım 2005'te LIGO beşinci Bilim Run sırasında, duyarlılık 10'da bir kısmının boyuna saptanabilir suşu birincil tasarım şartname ulaştı 21 aşkın100 Hz bant genişliği. O 8 milyondan yaklaşık dahilinde oluşursa iki kabaca güneş kütleli nötron yıldızlarının bazal Inspiral tipik gözlemlenebilir olması bekleniyor parsek (26 × 10 6 ly ) veya yakınında Yerel Grubu tüm yönleri ve kutuplaşmaları üzerinden ortalaması. Aynı zamanda, LIGO ve GEO 600 (Alman-İngiltere interferometrik dedektörü), birkaç ay boyunca veri topladıkları ortak bir bilim çalışmasına başladı. Virgo (Fransız-İtalyan interferometrik dedektörü) Mayıs 2007'de katıldı. Beşinci bilim çalışması, bu çalışmadan elde edilen verilerin kapsamlı analizinden sonra, herhangi bir açık algılama olayı ortaya çıkarmadıktan sonra 2007'de sona erdi. ^ 

Şubat 2007'de, kısa bir gama ışını patlaması olan GRB 070201, Andromeda Galaksisi yönünden Dünya'ya ulaştı . Çoğu kısa gama ışını patlamasının geçerli açıklaması, bir nötron yıldızının bir nötron yıldızı veya bir kara delik ile birleşmesidir. LIGO, GRB 070201 için bir tespit yapılmadığını bildirerek, Andromeda'nın uzağında bir birleşmeyi yüksek bir güvenle dışladı. Böyle bir kısıtlama, sonunda yerçekimi dalgalarının doğrudan tespitini gösteren LIGO'ya dayandırıldı.

Gelişmiş LIGO

LIGO kuzey bacak (x-kol) interferometre ile Hanford Rezervasyon

Science Run 5'in tamamlanmasından sonra, ilk LIGO belirli teknolojilerle yükseltildi, Gelişmiş LIGO için planlandı, ancak mevcut ve ilk LIGO'ya uyarlanabildi, bu da Gelişmiş LIGO olarak adlandırılan iyileştirilmiş performans yapılandırmasıyla sonuçlandı. Gelişmiş LIGO'daki iyileştirmelerden bazıları şunları içeriyordu:

  • Artan lazer gücü
  • homodin tespiti
  • Çıkış modu temizleyici
  • Vakum içi okuma donanımı

Science Run 6 (S6), Temmuz 2009'da 4 km dedektörlerdeki gelişmiş konfigürasyonlarla başladı. Ekim 2010'da sona erdi ve orijinal dedektörlerin sökülmesi başladı.

Gelişmiş LIGO

Gelişmiş LIGO dedektörünün basitleştirilmiş diyagramı (ölçek değil).

2010'dan sonra, LIGO, LIGO Gözlemevi altyapılarına yeni Gelişmiş LIGO dedektörlerini kurarak büyük bir yükseltme için birkaç yıl çevrimdışı kaldı.

Proje, Avustralya Ulusal Üniversitesi ve Adelaide Üniversitesi'nin Gelişmiş LIGO'ya katkıda bulunmasıyla yeni üyeler çekmeye devam etti ve LIGO Laboratuvarı, Eylül 2015'te Gelişmiş LIGO dedektörleri ile ilk gözlem çalışması olan 'O1'i başlattığında, LIGO Bilimsel İşbirliği dünya çapında 900'den fazla bilim insanını içeriyordu.

İlk gözlemleme çalışması, İlk LIGO'dan yaklaşık 3 kat daha büyük bir hassasiyette ve daha düşük ses frekanslarında tepe radyasyonu olan daha büyük sistemler için çok daha büyük bir hassasiyette çalıştırıldı.

11 Şubat 2016'da LIGO ve Virgo işbirlikleri , yerçekimi dalgalarının ilk gözlemini duyurdu . Sinyal GW150914 olarak adlandırıldı . Dalga formu, Gelişmiş LIGO dedektörlerinin yükseltmelerinden sonra veri toplamaya başlamasından sadece iki gün sonra, 14 Eylül 2015'te ortaya çıktı. Eşleştirilmiş Genel relativitenin tahminler içeriye spiral ve için birleşme a çift bir kara delikler ve elde edilen tek bir siyah deliğin daha sonra zil susturma. Gözlemler, ikili yıldız kütleli kara delik sistemlerinin varlığını ve ikili bir kara delik birleşmesinin ilk gözlemini gösterdi.

15 Haziran 2016'da LIGO, 26 Aralık 2015'te 3:38 UTC'de kaydedilen ikinci bir yerçekimi dalgası olayının tespit edildiğini duyurdu. Gözlemlenen sinyalin analizi, olayın 14.2 ve 7.5 güneş kütlesi kütleli iki kara deliğin 1,4 milyar ışıkyılı uzaklıkta birleşmesinden kaynaklandığını gösterdi. Sinyal GW151226 olarak adlandırıldı .

İkinci gözlem çalışması (O2), 30 Kasım 2016'dan 25 Ağustos 2017'ye kadar sürdü ve Livingston, O1'e göre %15–25 duyarlılık artışı sağladı ve Hanford'un duyarlılığı O1'e benzerdi. Bu dönemde, LIGO birkaç başka yerçekimi dalgası olayı gördü: Ocak ayında GW170104 ; Haziran ayında GW170608 ; ve diğer beşi Temmuz ve Ağustos 2017 arasında. Bunların birçoğu Başak İşbirliği tarafından da tespit edildi. Sadece yerçekimi ile tespit edilebilen kara delik birleşmelerinin aksine, GW170817 iki nötron yıldızının çarpışmasından geldi ve ayrıca gama ışını uyduları ve optik teleskoplar tarafından elektromanyetik olarak tespit edildi.

Üçüncü çalıştırma (O3) 1 Nisan 2019'da başladı ve 30 Nisan 2020'ye kadar sürmesi planlanıyor. Gelecekteki gözlem çalışmaları, hassasiyeti daha da iyileştirmek için devreye alma çalışmalarıyla eklenecektir. 2021 yılında tasarım hassasiyetine ulaşılması hedeflenmektedir.

6 Ocak 2020'de LIGO, LIGO Livingston dedektörü tarafından 25 Nisan 2019'da kaydedilen iki nötron yıldızının çarpışmasından kaynaklanan yerçekimi dalgalanmalarının tespit edildiğini duyurdu. GW170817'den farklı olarak, bu olay herhangi bir ışığın algılanmasına neden olmadı. Ayrıca, LIGO Hanford dedektörünün o sırada geçici olarak çevrimdışı olduğu ve olayın Başak'ın verilerinde görünemeyecek kadar zayıf olduğu göz önüne alındığında, bu, tek gözlemli bir algılama için yayınlanan ilk olaydır.

Gelecek

LIGO-Hindistan

LIGO-India veya INDIGO, Hindistan'da bir yerçekimi dalgası dedektörü oluşturmak için LIGO Laboratuvarı ve Yerçekimi Dalgası Gözlemlerinde Hint Girişimi (IndIGO) arasında planlanmış bir ortak projedir. LIGO Laboratuvarı, ABD Ulusal Bilim Vakfı ve Birleşik Krallık, Almanya ve Avustralya'dan Gelişmiş LIGO ortakları ile işbirliği içinde kurulacak, devreye alınacak ve planlanan üç Gelişmiş LIGO dedektöründen biri için tüm tasarımları ve donanımı sağlamayı teklif etti. Hindistan'da inşa edilecek bir tesiste Hintli bir bilim insanı ekibi tarafından işletiliyor.

LIGO-Hindistan projesi, LIGO Laboratuvarı ile LIGO-Hindistan konsorsiyumu arasındaki bir işbirliğidir: Plazma Araştırma Enstitüsü, Gandhinagar; IUCAA (Üniversiteler Arası Astronomi ve Astrofizik Merkezi), Pune ve Raja Ramanna İleri Teknoloji Merkezi, Indore.

Etkili bir küresel ağ oluşturmak için yerçekimi dalgası tespitinde dünya çapındaki faaliyetlerin genişletilmesi, LIGO'nun uzun yıllardır bir hedefi olmuştur. 2010 yılında, Yerçekimi Dalgası Uluslararası Komitesi (GWIC) tarafından yayınlanan bir gelişimsel yol haritası , küresel interferometrik dedektör dizisinin genişletilmesinin en yüksek öncelik olarak izlenmesini tavsiye etti. Böyle bir ağ, astrofizikçilere daha sağlam arama yetenekleri ve daha yüksek bilimsel verim sağlayacaktır. LIGO Bilimsel İşbirliği ve Başak işbirliği arasındaki mevcut anlaşma, karşılaştırılabilir hassasiyete sahip üç dedektörü birbirine bağlar ve bu uluslararası ağın çekirdeğini oluşturur. Araştırmalar, Hindistan'da dedektör içeren bir ağ tarafından kaynakların yerelleştirilmesinin önemli gelişmeler sağlayacağını gösteriyor. Lokalizasyon ortalamalarındaki iyileştirmelerin, gökyüzünün belirli bölgelerinde önemli ölçüde daha büyük iyileştirmelerle birlikte, yaklaşık olarak bir büyüklük sırası olduğu tahmin edilmektedir.

NSF sürece LIGO bütçesini artmamıştır olarak, bu yer değiştirme, ve bunun sonucunda zamanlama gecikmelere izin istiyordu. Bu nedenle, dedektörü barındıracak LIGO sahalarına eşdeğer bir laboratuvar inşa etmek için gereken tüm masrafların ev sahibi ülke tarafından karşılanması gerekecektir. İlk potansiyel uzak konumu oldu AIGO içinde Batı Avustralya ancak Avustralya hükümeti 1 Ekim 2011 tarihine kadar fon işlemek istemediği.

Hindistan ile ABD arasında Haziran 2012'de düzenlenen bir Ortak Komisyon toplantısında Hindistan'da bir yer tartışıldı. Buna paralel olarak, teklif LIGO'nun finansman kuruluşu NSF tarafından değerlendirildi. LIGO-Hindistan projesinin temeli, LIGO'nun dedektörlerinden birinin Hindistan'a transferini gerektirdiğinden, plan halihazırda devam etmekte olan Gelişmiş LIGO yükseltmeleri üzerindeki çalışmaları ve zamanlamayı etkileyecektir. Ağustos 2012'de ABD Ulusal Bilim Kurulu, LIGO Laboratuvarı'nın, Gelişmiş LIGO'nun kapsamını Hanford "H2" interferometreyi kurmayarak değiştirme ve LIGO-Hindistan'a gönderme beklentisiyle depolama için hazırlama talebini onayladı. Hindistan'da, proje sunuldu Atom Enerji Bakanlığı ve Bilim ve Teknoloji Bölümü onayı ve finansman. 17 Şubat 2016'da, LIGO'nun yerçekimi dalgalarının tespitiyle ilgili dönüm noktası duyurusundan bir haftadan kısa bir süre sonra, Hindistan Başbakanı Narendra Modi , Kabinenin LIGO-Hindistan mega bilim önerisine 'prensipte' onay verdiğini duyurdu.

İçinde Aundha Nagnath hac yeri yakınında bir site Hingoli ilçesinde devlet arasında Maharashtra bölgesindeki batı Hindistan'da seçilmiştir.

bir+

Enhanced LIGO gibi, mevcut Advanced LIGO cihazına bazı iyileştirmeler eklenecektir. Bunlar A+ teklifleri olarak anılır ve 2019'dan başlayarak yükseltilmiş dedektörün 2024'te faaliyete geçmesine kadar kurulum için planlanır. Değişiklikler, Advanced LIGO'nun hassasiyetini neredeyse iki katına çıkaracak ve aranan alan hacmini yedi kat artıracaktır. Yükseltmeler şunları içerir:

Nihai LIGO çıkış fotodetektörü genliğe değil de faza duyarlı olduğundan , ürünlerindeki kuantum mekanik limiti ihlal etmeden sinyali daha az faz gürültüsü ve daha fazla genlik gürültüsü olacak şekilde sıkıştırmak mümkündür . Bu, ilgili parametrede basit karanlıktan daha sessiz olan karanlık bağlantı noktasına (interferometre çıkışı) bir "sıkılmış vakum durumu" enjekte edilerek yapılır. Böyle bir sıkma yükseltmesi, üçüncü gözlem çalışmasından önce her iki LIGO sahasına da kuruldu. A+ geliştirmesi , sıkma karesini yüksek frekanslarda (50 Hz'nin üzerinde) faz sıkıştırmalıdan düşük frekanslarda genlik sıkıştırmalıya döndürmek için hareket eden ve böylece düşük frekanslı radyasyon basınç gürültüsünü azaltan ek bir optik boşluğun kurulumunu görecektir .

LIGO Gezgini

Duyarlılığı iki kat daha artırmak ve düşük frekans kesmesini 10 Hz'e indirmek için mevcut LIGO sahalarında "LIGO Voyager" adı altında üçüncü nesil bir dedektör planlanıyor. Planlar, cam aynaların ve 1064 nm lazerlerin daha da büyük 160 kg silikon test kütleleri ile değiştirilmesini, 123 K'ye soğutulmasını ( sıvı nitrojen ile elde edilebilen bir sıcaklık ) ve 1500–2200 nm aralığında daha uzun bir lazer dalga boyuna geçilmesini gerektiriyor. hangi silikon şeffaftır. (Birçok belge 1550 nm dalga boyunu varsaymaktadır, ancak bu nihai değildir.)

Voyager, 2027–2028 civarında faaliyete geçmek üzere A+'ya bir yükseltme olacaktır.

kozmik kaşif

Daha uzun kolları olan daha büyük bir tesis için bir tasarıma "Kozmik Kaşif" denir. Bu, LIGO Voyager teknolojisine dayanmaktadır, benzer bir LIGO tipi L-şekilli geometriye sahiptir ancak 40 km kolları vardır. Tesisin şu anda yüzeyde olması planlanıyor. 10 Hz'in üzerindeki frekanslar için Einstein Teleskobu'ndan daha yüksek bir hassasiyete sahiptir , ancak 10 Hz'nin altında daha düşük hassasiyete sahiptir.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

  • Kip Thorne , ITP ve Caltech. Uzay-zaman Bükülmeleri ve Kuantum: Geleceğe Bir Bakış. Ders slaytları ve ses
  • Barry C. Barish , Caltech. Yerçekimi Dalgalarının Tespiti. CERN Akademik Eğitim Derslerinden Video, 1996
  • Barry C. Barish , Caltech. Einstein'ın Bitmemiş Senfonisi: IHMC Florida İnsan Makine Bilişi Enstitüsü 2004 Akşam Ders Serisinden Uzak Evrenden Sesler Videosu.
  • Rainer Weiss , Elektromanyetik olarak eşleştirilmiş geniş bant yerçekimi dalga anteni , MIT RLE QPR 1972
  • Düşük frekanslı yerçekimi dalgalarının tespiti konusunda, ME Gertsenshtein ve VI Pustovoit – JETP Vol. 43 s. 605–607 (Ağustos 1962) Not: Bu, yerçekimi dalgalarının tespiti için interferometrelerin kullanımını öneren ilk makaledir.
  • Işığın dalga rezonansı ve yerçekimi dalgaları – ME Gertsenshtein – JETP Vol. 41 s. 113–114 (Temmuz 1961)
  • Yerçekimi elektromanyetik rezonans, VB Braginskii, MB Mensky – GR.G. Cilt 3 Sayı 4 s. 401–402 (1972)
  • Yerçekimi radyasyonu ve deneysel keşif olasılığı, VB Braginsky – Usp. Fis. Nauk Vol. 86 s. 433–446 (Temmuz 1965). İngilizce çeviri: Sov. Fizik Üspeki Vol. 8 Sayı 4 s. 513–521 (1966)
  • Yerçekimi dalgalarının elektromanyetik tespiti konusunda, VB Braginsky, LP Grishchuck, AG Dooshkvieh, MB Mensky, ID Novikov, MV Sazhin ve YB Zeldovisch – GR.G. Cilt 11 Sayı 6 s. 407–408 (1979)
  • Düzlem yerçekimi dalgası alanında elektromanyetik radyasyonun yayılması üzerine, E. Montanari – gr-qc/9860054 (11 Haziran 1998)

daha fazla okuma

Dış bağlantılar