Az új Detektor Hamarosan Szűkítheti A Gravitációs Hullám Forrásait

Két amerikai detektorhoz hamarosan csatlakozik egy műszer Olaszországban, amely segíthet megoldani a gravitációs hullámok eredetének rejtélyét.

A gravitációs hullámokat másfél évvel ezelőtt észlelték először, amikor közülük néhány lüktetett a Földön. Két hihetetlenül érzékeny detektor - egy Washington államban és egy Louisiana államban - felvette a torzításokat a téridőben, ebben az esetben két egyesülő fekete lyukból fakadva. Amikor a detektorokért felelős tudósok, a Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) néven öt hónappal később bejelentették a megállapítást, az nemzetközi szenzációt váltott ki és 2016 legfontosabb fizikai hírévé vált. A fizikusok évtizedek óta vadásztak közvetlen a gravitációs hullámok bizonyítékai, amelyeket Albert Einstein először 1916-ban jósolt meg.

Bármennyire is lenyűgöző volt az áttörés, néhány kulcsfontosságú kérdést megoldatlanul hagyott. Elsődleges közülük: Hol voltak a hullámok forrása? Ha minden a tervek szerint alakul, a tudósok hamarosan képesek lesznek megoldani ezt a kérdést a jövőbeni észlelések érdekében.

Idén tavasszal a fizikusok arra készülnek, hogy visszakapcsolják a Szűz nevű harmadik gravitációs hullám-érzékelőt, Pisa olasz város közelében. A Szűz offline állapotban volt és frissítés alatt állt, amikor a LIGO 2015 szeptemberében megkapta a két jelét. Ezen óriás műszerek triójának működtetésével a tudósok reményeik szerint jelentősen javítani fogják a gravitációs hullámok forrásának meghatározására irányuló erőfeszítéseket. A „triple hit” gyors reagálása - ugyanazok a hullámok deformálják mind a három detektort - lehetővé teheti a földi teleszkópok számára, hogy az ég háromszögletes területére összpontosítsanak, amelyet a detektorok korlátoznak, és esetleg észrevegyék azokat az ütközéseket, amelyekből a hullámok erednek.

A gravitációs hullám detektor, amely óriási L betű alakú, kilométer hosszú „karokkal”, a torzításokat felveszi a téridőben, amikor a hullámok egy detektor kar hosszát kisebb mértékben változtatják meg, mint egy proton átmérője. De ezeknek az egyedül működő ultrahangos érzékelőknek egyike nem zárhatja ki a földi források által okozott rezgéseket. És minden detektor figyeli az univerzum óriási darabjait: a látómező a Földet körülvevő égbolt mintegy 40 százalékát borítja, ami nagyjából az, amit az ember látna a sivatagban állva és körben forgolódva. Próbáljon ki egy halvány csillagot is.

A LIGO iker-megközelítése egy másik okból kulcsfontosságú. A gravitációs hullámok fénysebességgel haladnak, de hacsak nem ütköznek mindkét érzékelőhöz frontálisan, milliszekundumnyi különbség van, amikor az egyes detektorok zavarokat regisztrálnak. Ennek a késésnek a mérése lehetővé teszi a tudósok számára, hogy kiszámítsák a becsapódás irányát, visszavezessék az égig, és szűkítsék a hullámok eredetét egy kisebb területre - a 2015-ös észlelésekhez ez az ég körülbelül 2 százaléka volt. Ez még mindig az univerzum óriási szelete a forrásesemény keresésére.

Írja be a Speciális Szűz lehetőséget. A frissítés előtt a Szűznek nem volt érzékenysége a legmagasabb energiájú gravitációs hullám észlelésére sem. A gép érzékenységének növelése érdekében új tükröket, vákuumszivattyúkat és lézereket telepítettek, amelyek a műszer karjainak hosszváltozásainak észlelésére és mérésére szolgálnak. Az elektronikát felújították. Az új hardver telepítése befejeződött, és kiigazítások zajlanak a nem kapcsolódó helyi rezgések eltávolítására, amelyek elfedhetik a bejövő gravitációs hullámokat. A csapat éjjel-nappal azon dolgozik, hogy a Szűz még nyár előtt működőképes legyen, amikor a LIGO detektorai kikapcsolnak a saját frissítéseik érdekében.

Amikor a Haladó Szűz futni kezd, a hullámforrás lehetséges helyének az égen újabb ötszeresére kell csökkennie - mondja Fulvio Ricci, a Szűz szóvivője és a római Sapienza Egyetem fizikusa. Edo Berger, a Harvard Egyetem asztrofizikusa, aki távcsövekkel tanulmányozza a LIGO és a Szűz által észlelt eseményeket, moduláltan veszi át ezt a nyereséget. "Egy harmadik detektor hozzáadásával a hálózathoz a pozícióknak jelentősen javulniuk kell, csökkentve a [forrás] problémát valami szörnyűségből csak valami szörnyűvé" - mondja.

Ennek ellenére nem lehet tagadni a láthatáron lévő asztrofizikai lehetőségeket. A fekete lyuk ütközései nem az egyetlen esemény, amely elegendő erővel képes a téridőt formától elcsavarni. És a fekete lyukaktól eltérően e jelenségek némelyikének fényt és más elektromágneses sugárzást kell kibocsátania, amelyet a távcsövek láthatnak. El lehet képzelni a szupernóva vagy az eseményhorizont közeléből kibocsátott nagy energiájú sugárzási hullámok megfigyelését, amikor összeolvadnak a fekete lyukak - vagy esetleg néhány optikai bizonyíték két ütköző neutroncsillagra vagy egy neutroncsillagra, amelyet a fekete gravitációs pofájába kaptak. lyuk. A gravitációs hullám detektoroknak még nem sikerült megragadniuk az ilyen típusú események hullámait, de amikor megtörténnek, Berger és más asztrofizikusok készen állnak arra, hogy várják, hogy teleszkópjaikat a két helyett három detektorral leszűkített területre mutassák. A szűkebb égbolt helyzete lehetővé teheti a kisebb távcsövek bejutását a csatába és regisztrálhatja a számtalan sugárzást, amelyet ezeknek az eseményeknek elő kell hoznia.

A jelenlegi terv szerint mindhárom érzékelőt legalább egy hónapig együtt üzemeltetni. Jó az esély arra, hogy ez az intervallum elég hosszú legyen, legalábbis a fekete lyuk összeolvadásának hullámaihoz, ha nem más, ritkább eseményekhez. Az együttműködés inspirálhatja a LIGO és a Szűz üzemeltetőit, hogy fontolják meg futásuk meghosszabbítását - mondja a LIGO csapatának tagja, B. S. Sathyaprakash, a Pennsylvaniai Állami Egyetem fizikusa. "A terv megváltozhat, ha az emberek izgulnak" - mondja. Ez jól mutatja az asztrofizika új korszakának jövőjét.