LIGO

LIGO (англ. Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) — лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория. Проект был предложен в 1992 году Кипом Торном, Рональдом Древером из Калифорнийского технологического института и Райнером Вайссом из Массачусетского технологического института. Проект финансируется американским Национальным научным фондом. Достигая по стоимости 365 миллионов долларов, этот проект является самым дорогим среди всех когда-либо финансировавшихся фондом[1].

LIGO
Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory

Центр управления LIGO в Хэнфорде
Тип лазерный гравитационно-волновой интерферометр
Организация Научная коллаборация LIGO[d]
Расположение  США, Ливингстон и Хэнфорд
Координаты 30°32′49″ с. ш. 90°46′54″ з. д. и
46°27′28″ с. ш. 119°24′35″ з. д.
Сайт Официальный сайт

Международное научное сообщество LIGO (англ. LIGO Scientific Collaboration, LSC) представляет собой растущую с каждым годом группу исследователей: около 40 научно-исследовательских институтов и 600 отдельных учёных работают над анализом данных, поступающих с LIGO и других обсерваторий. В составе коллаборации работают и две научные группы из России: группа В. П. Митрофанова (Кафедра физики колебаний Физического факультета МГУ, Москва) и группа академика РАН А. М. Сергеева (Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород).

11 февраля 2016 года коллаборации LIGO и Virgo объявили об обнаружении гравитационных волн, произошедшем 14 сентября 2015 года на установках LIGO[2], обнаруженный сигнал исходил от слияния двух чёрных дыр массами 36 и 29 солнечных масс на расстоянии около 1,3 млрд световых лет от Земли, при этом три солнечных массы ушли на излучение[3][4][5].

Цели и задачи

Главная задача LIGO — экспериментальное обнаружение гравитационных волн космического происхождения. Эти волны впервые были предсказаны в общей теории относительности Эйнштейна в 1916 году, когда ещё не существовало технологий, необходимых для их обнаружения. Их существование было косвенно доказано[уточнить] при изучении пульсара PSR B1913+16 (за открытие пульсара учёные были награждены Нобелевской премией по физике 1993 года).

В августе 2002 года обсерватория LIGO начала наблюдение гравитационных волн. Как предполагается, их можно наблюдать в двойных системах (столкновения и взаимодействия нейтронных звёзд и чёрных дыр), при взрывах сверхновых звёзд, вблизи пульсаров и в остатках гравитационного излучения, порождённого Большим взрывом. Теоретически обсерватория может исследовать и такие гипотетические явления как космические струны и границы доменов (англ. Domain wall, границы, разделяющие регионы двух возможных минимумов потенциальной энергии (вакуумов)).

Обсерватория участвует в проекте Einstein@Home.

Обсерватории
Северный детектор (х-рукав) интерферометра в Хэнфорде
Принцип детектирования[комм. 1]

LIGO состоит из двух обсерваторий: в Ливингстоне (штат Луизиана)[6] и в Хэнфорде (штат Вашингтон)[7], удалённых друг от друга на 3002 километра. Поскольку скорость распространения гравитационных волн, как ожидают, равна скорости света, это расстояние даёт разницу в 10 миллисекунд, которая позволит определить направление на источник зарегистрированного сигнала.

Основной элемент каждой обсерватории — Г-образная система, состоящая из двух четырёхкилометровых плеч с высоким вакуумом внутри. Внутри такой системы устанавливается модифицированный интерферометр Майкельсона, в каждом из плеч которого благодаря дополнительным зеркалам из кварцевого стекла образуются резонаторы Фабри-Перо, эти зеркала на особом подвесе являются пробными массами, расстояние между которыми меняет пришедшая гравитационная волна. Она удлиняет одно плечо и одновременно укорачивает второе[3].

Луч лазера вначале проходит через одностороннее зеркало, которое пропускает луч от лазера и отражает луч, возвращающийся из интерферометра, таким образом являясь рециркулятором мощности и позволяя вместо 750-киловаттного лазера использовать 200-ваттный. Затем луч входит в интерферометр и разделяется светоделителем на два луча, каждый из которых направляется в соответствующее плечо интерферометра и проходит резонатор Фабри-Перо около 280 раз, многократно отражаясь в конце и начале плеча, что значительно повышает чувствительность интерферометра. Затем лучи из двух плеч складываются в фотодетекторе, и разность хода между ними вызывает изменение тока в детекторе[3].

Одновременно с основным интерферометром может быть использован «малый» интерферометр. Длина плеча такого интерферометра вдвое меньше (2 километра), а резкости резонаторов Фабри-Перо в плечах те же, что и у основного интерферометра, что соответствует вдвое меньшему времени затухания. Из-за уменьшения времени звона, теоретически рассчитанная чувствительность малого интерферометра совпадает с чувствительностью основного интерферометра на частотах выше 200 Гц, но вдвое хуже на низких частотах.

Обсерватория в Ливингстоне работает с одним интерферометром в основном режиме. В 2004 году этот интерферометр был успешно усовершенствован посредством установки основанной на гидравлических актюаторах активной системы механического шумоподавления. Такая система обеспечивает ослабление вибраций на частотах 0,1—5 Гц на порядок. В этой полосе сейсмические вибрации обусловлены, в основном, микросейсмическими волнами и антропогенными источниками (дорожным движением, лесозаготовками и пр.)

В Хэнфордской обсерватории наряду с интерферометром, идентичным Ливингстонскому, используют также вдвое меньший интерферометр. Благодаря ограниченной сейсмической активности в юго-восточном Вашингтоне, в Хэнфорде допустимо было продолжать использовать пассивную систему шумоподавления.

История научных запусков
Основной источник: M.Pitkin, S.Reid, S.Rowan, J.Hough, Gravitational Wave Detection by Interferometry
  • 23 августа 2002 г. — 9 сентября 2002 г. (кодовое обозначение «S1»);
  • 14 февраля 2003 г. — 14 апреля 2003 г. («S2»);
  • 31 октября 2003 г. — 9 января 2004 г. («S3»);
  • 22 февраля 2005 г. — 23 марта 2005 г. («S4»);
  • 4 ноября 2005 г. — август 2007 г. («S5»).
  • 7 июля 2009 г. — 20 октября 2010 г. («S6»).
  • 18 сентября 2015 — 12 января 2016 («O1») — первый научный запуск Advanced LIGO[8][9].

Наблюдавшиеся события
  • GW150914 (14 сентября 2015 года)
  • GW151226 (26 декабря 2015 года)
  • GW170104 (4 января 2017 года)
  • GW170814 (14 августа 2017 года)
  • 2020:

Проекты

Advanced LIGO

Предполагается серия улучшений обсерватории. К 2014 году планировалось достичь на порядок лучшей чувствительности, чем в действующих в настоящее время[когда?] антеннах.[10]

LISA

LISA (англ. Laser Interferometer Space Antenna, космическая антенна, использующая принцип лазерного интерферометра) — совместный проект НАСА и ЕКА, который планируется объединить с LIGO в исследовании гравитационных волн. Обсерватории будут воспринимать гравитационные волны на разных частотах (частота волн, воспринимаемых LISA, на четыре — пять порядков ниже, чем у LIGO), поэтому полученные данные будут взаимодополняться.

См. также

Примечания
Комментарии
  1. Фактические данные на 2015 год. Согласно официальному источнику, в будущем перед рециркулятором мощности лазерный луч будет иметь мощность 200 ватт, а не 20 ватт, как на рисунке, кроме того, согласно тому же источнику, циркулирующая мощность будет равна 750 киловатт, а не 100 киловатт, как на рисунке.
Использованная литература и источники
  1. On eve of Nobel, reflecting on how LIGO nearly didn’t get built
  2. Gravitational Waves Detected, Confirming Einstein’s Theory - The New York Times
  3. Понятов А. Они существуют! Гравитационные волны зарегистрированы // Наука и жизнь. — 2016. — № 3. — С. 2—12.
  4. Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016) - Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger
  5. Учёные объявили об открытии гравитационных волн - Газета.Ru
  6. Вид из космоса
  7. Вид из космоса
  8. LIGO O1 Progress Report (англ.) (недоступная ссылка). LIGO (ноябрь 2015). Дата обращения: 15 февраля 2016. Архивировано 16 февраля 2016 года.
  9. Игорь Иванов. Гравитационные волны — открыты!. Элементы Большой Науки (11 февраля 2016). Дата обращения: 14 февраля 2016.
  10. Advanced LIGO

Литература
  • B.P. Abbott et al. LIGO: the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory // Rep. Prog. Phys. — 2009. — Т. 72, № 7. — С. 076901 (25pp).
  • Торн К. Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна, М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 2009 г.

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.