Модернизация позволяет обсерватории обнаруживать сигналы от столкновений черных дыр каждые два-три дня, а не раз в неделю или чаще, как раньше.
Гравитационные волны, которые обнаруживает LIGO, создаются массивными, быстро движущимися объектами. Эти волны растягивают ткань пространства по мере своего распространения. С момента начала работы LIGO в 2015 году обсерватория зарегистрировала около 90 гравитационно-волновых событий, большинство из которых возникло в результате спирального движения пар черных дыр в процессе слияния в одну.
Обсерватория обнаружила столкновения черных дыр
LIGO состоит из двух детекторов, или интерферометров, расположенных в Вашингтоне и Луизиане. Интерферометр разделяет лазерный луч на два и отражает их вперед и назад между двумя зеркалами, расположенными на концах двух длинных вакуумных трубок. Каждая труба имеет длину 4 км и расположена перпендикулярно в форме буквы L. На пересечении двух труб находится датчик.
При отсутствии каких-либо возмущений пространства колебания лучей будут компенсировать друг друга. Но если пространство растягивается гравитационными волнами, расстояние между лазерными лучами в двух трубах должно измениться, чтобы они не перекрывались идеально, и датчик обнаружит этот «фазовый сдвиг».
Степень растяжения, которую гравитационно-волновые явления оказывают на трубы, обычно составляет лишь часть ширины протона. Чтобы датчик мог регистрировать столь незначительные изменения, необходимо изолировать систему от шума, исходящего из окружающей среды и от самих лазеров.
Обсерватория LIGO состоит из двух идентичных интерферометров в Вашингтоне и Луизиане (США), каждый интерферометр состоит из двух труб длиной 4 км, расположенных в форме буквы L. (Фото: Xinhua/Caltech/MIT/LIGO Lab)
Во время модернизации перед запуском обсерватории в 2019–2020 годах ученые снизили уровень шума с помощью технологии, называемой «сжатием света».
Эта технология предназначена для снижения шума, исходящего от самого лазерного луча. Свет состоит из отдельных частиц, поэтому, когда лазерные лучи достигают датчика, отдельные фотоны могут прибыть до или после него, в результате чего лазерные волны не перекрываются и полностью нейтрализуются даже при отсутствии гравитационных волн.
Ли Маккаллер, физик из Калифорнийского технологического института, объясняет, что метод «сжатия света» вводит в интерферометр вспомогательный лазерный луч с более однородными и менее шумными фотонами, чтобы уменьшить этот эффект.
Идеального измерения не существует
Но из-за странных правил квантовой механики уменьшение неопределенности времени прибытия фотонов увеличивает случайные колебания интенсивности лазерной волны. Это заставляет лазеры давить на зеркала в интерферометре и вызывать колебание зеркал, вызывая другой тип шума, который снижает их чувствительность к низкочастотным гравитационным волнам.
«Это прекрасное явление природы, показывающее, что мы не можем провести абсолютно точное измерение, когда тонкая настройка в одной точке приводит к потерям в другой точке», — сказал Нергис Мавалвала, физик-экспериментатор из Массачусетского технологического института.
Моделирование столкновения двух черных дыр и слияния их в одну. (Фото: Центр космических полетов имени Годдарда, НАСА)
Модернизация с 2020 года по настоящее время направлена на решение этой проблемы. Ученые построили дополнительные вакуумные трубки длиной 300 метров с зеркалами на обоих концах, чтобы хранить вторичный пучок в течение 2,5 миллисекунд перед подачей его в интерферометр. Роль этих трубок заключается в регулировке длины волны вспомогательного лазера, снижении шума на высоких частотах и уменьшении вибрации зеркала на низких частотах.
Благодаря этому усовершенствованию исследователи смогут извлечь более подробную информацию о том, как черные дыры генерируют гравитационные волны, включая то, как каждая черная дыра вращается вокруг своей оси и как они вращаются друг вокруг друга. Это означает, что общая теория относительности Альберта Эйнштейна, предсказывающая существование как черных дыр, так и гравитационных волн, будет проверена более строго, чем когда-либо прежде.
Астрофизики также предсказывают, что гравитационные волны выявят и другие типы сигналов, помимо сигналов от столкновений и слияний черных дыр, например, гравитационный след коллапсирующей звезды перед вспышкой сверхновой. Ученые также надеются обнаружить гравитационные волны на поверхности пульсара — вращающейся нейтронной звезды, испускающей импульсы излучения.
(Источник: Zing News)
Полезный
Эмоция
Творческий
Уникальный
Источник
Комментарий (0)