Yerçekimi dalgası dedektörü LIGO, 3 yıllık yükseltmelerin ardından tekrar çevrimiçi

Üç yıllık bir aradan sonra, ABD’deki bilim adamları şu anda dedektörleri çalıştırdılar. yerçekimi dalgalarını ölçmek– evrende dolaşan uzayın kendisindeki küçük dalgacıklar.

Işık dalgalarından farklı olarak, yerçekimi dalgaları neredeyse galaksiler, yıldızlar, gaz ve toz tarafından engellenmemiş evreni dolduran. Bu, yerçekimi dalgalarını ölçerek, benim gibi astrofizikçiler evrendeki bu en muhteşem fenomenlerden bazılarının kalbine doğrudan göz atabilir.

2020’den beri, Lazer İnterferometrik Yerçekimi Dalgası Gözlemevi—yaygın olarak şu şekilde bilinir: LIGO– bazı heyecan verici yükseltmelerden geçerken uykuda oturuyordu. Bu iyileştirmeler hassasiyeti önemli ölçüde artırın LIGO ve tesisin uzay-zamanda daha küçük dalgalanmalar üreten daha uzaktaki nesneleri gözlemlemesine izin vermelidir.

Yerçekimi dalgaları oluşturan daha fazla olayı tespit ederek, astronomların aynı olayların ürettiği ışığı da gözlemlemeleri için daha fazla fırsat olacaktır. Bir olayı birden çok bilgi kanalı aracılığıyla görmek, adı verilen bir yaklaşımdır. çoklu haberci astronomigökbilimcilere sağlar nadir ve gıpta ile bakılan fırsatlar herhangi bir laboratuvar testinin çok ötesinde fizik hakkında bilgi edinmek.

Uzay-zamandaki dalgalanmalar

Einstein’ın genel görelilik kuramına göre, kütle ve enerji uzay ve zamanın şeklini çarpıtır. Uzay-zamanın bükülmesi, nesnelerin birbirine göre nasıl hareket ettiğini, yani insanların yerçekimi olarak deneyimlediklerini belirler.

Yerçekimi dalgaları, kara delikler veya nötron yıldızları gibi büyük nesneler birbirleriyle birleşerek uzayda ani, büyük değişiklikler ürettiğinde oluşur. Uzayın eğilme ve esneme süreci, evrene bir dalga gibi dalgalar gönderir. durgun bir gölette dalga. Bu dalgalar, bir bozulmadan her yöne doğru hareket eder, bunu yaparken uzayı çok az büker ve yollarına çıkan nesneler arasındaki mesafeyi çok az değiştirir.

Yerçekimi dalgaları üreten astronomik olaylar, evrendeki en büyük nesnelerden bazılarını içerse de, uzayın esnemesi ve büzülmesi son derece küçüktür. Samanyolu’ndan geçen güçlü bir yerçekimi dalgası, tüm galaksinin çapını yalnızca üç fit (bir metre) değiştirebilir.

İlk yerçekimi dalgası gözlemleri

İlk olarak 1916’da Einstein tarafından tahmin edilmiş olsa da, o dönemin bilim adamlarının yerçekimi dalgaları teorisi tarafından öne sürülen mesafedeki küçük değişiklikleri ölçme konusunda çok az umutları vardı.

2000 yılı civarında, Caltech, Massachusetts Institute of Technology ve dünyanın dört bir yanındaki diğer üniversitelerdeki bilim adamları, şimdiye kadar yapılmış en hassas cetveli inşa etmeyi bitirdiler. LIGO gözlemevi.

LIGO iki ayrı gözlemevinden oluşuyor, biri Hanford, Washington’da ve diğeri Livingston, Louisiana’da bulunuyor. Her bir gözlemevi, tesisin merkezinden birbirine 90 derecelik bir açıyla uzanan iki, 2,5 mil uzunluğunda (dört kilometre uzunluğunda) kollara sahip dev bir L şeklindedir.

Araştırmacılar yerçekimi dalgalarını ölçmek için tesisin merkezinden L’nin tabanına bir lazer tutuyorlar. Orada, lazer her bir koldan aşağı inecek, bir aynadan yansıyacak ve tabana geri dönecek şekilde bölünüyor. Lazer parlarken kollardan yerçekimi dalgası geçerse, iki ışın çok az farklı zamanlarda merkeze geri döner. Fizikçiler, bu farkı ölçerek tesisten bir yerçekimi dalgasının geçtiğini anlayabilirler.

LIGO faaliyete geçti 2000’lerin başında, ancak yerçekimi dalgalarını algılayacak kadar hassas değildi. Bu nedenle, 2010 yılında LIGO ekibi, performansı gerçekleştirmek için tesisi geçici olarak kapattı. hassasiyeti artırmak için yükseltmeler. LIGO’nun yükseltilmiş sürümü, 2015 yılında ve neredeyse anında veri toplamaya başladı. algılanan yerçekimi dalgaları iki kara deliğin birleşmesinden üretilmiştir.

2015’ten beri, LIGO tamamlandı üç gözlem çalışması. İlk O1 koşusu yaklaşık dört ay sürdü; ikincisi, ey₂, yaklaşık dokuz ay; ve üçüncüsü, Ey₃, COVID-19 salgını tesisleri kapanmaya zorlamadan önce 11 ay sürdü. Run O ile başlayan₂LIGO, bir şirketle ortaklaşa gözlemliyor. Başak adlı İtalyan gözlemevi.

Her çalışma arasında, bilim adamları dedektörlerin fiziksel bileşenlerini ve veri analiz yöntemlerini geliştirdiler. O çalışmasının sonunda₃ Mart 2020’de LIGO ve Virgo işbirliğindeki araştırmacılar, yaklaşık 90 yerçekimi dalgası kara deliklerin ve nötron yıldızlarının birleşmesinden.

Gözlemevleri hala henüz maksimum tasarım hassasiyetine ulaşmadı. Böylece, 2020’de her iki gözlemevi de yükseltmeler için kapatıldı bir kez daha.

Bazı yükseltmeler yapmak

Bilim adamları üzerinde çalıştıkları birçok teknolojik gelişme.

Özellikle umut verici bir yükseltme, 300 metrelik bir 1.000 fit (300 metre) eklemeyi içeriyordu. optik boşluk geliştirmek için sıkma denilen teknik. Sıkıştırma, bilim adamlarının ışığın kuantum özelliklerini kullanarak dedektör gürültüsünü azaltmasına olanak tanır. Bu yükseltme ile LIGO ekibi, öncekinden çok daha zayıf yerçekimi dalgalarını tespit edebilmelidir.

Takım arkadaşlarım ve ben LIGO işbirliğindeki veri bilimcileriyiz ve bir dizi farklı yükseltme üzerinde çalışıyoruz. LIGO verilerini işlemek için kullanılan yazılım ve tanıyan algoritmalar bu verilerdeki yerçekimi dalgalarının işaretleri. Bu algoritmalar, eşleşen kalıpları arayarak çalışır. milyonlarca teorik model olası kara delik ve nötron yıldızı birleşme olaylarının Geliştirilmiş algoritma, önceki algoritma sürümlerine göre verilerdeki arka plan gürültüsünden yerçekimi dalgalarının zayıf işaretlerini daha kolay seçebilmelidir.

Astronominin yüksek çözünürlüklü çağı

Mayıs 2023’ün başlarında LIGO, her şeyin çalıştığından emin olmak için mühendislik çalışması adı verilen kısa bir test çalışması başlattı. 18 Mayıs’ta LIGO, muhtemelen yerçekimi dalgaları tespit etti. kara deliğe dönüşen bir nötron yıldızından üretilir.

LIGO’nun 20 aylık gözlem çalışması 04 resmi olarak 24 Mayıs’ta başlıyor, ve daha sonra Başak ve yeni bir Japon gözlemevi olan Kamioka Yerçekimi Dalgası Detektörü veya KAGRA da ona katılacak.

Bu çalışma için pek çok bilimsel hedef olsa da, yerçekimi dalgalarını gerçek zamanlı olarak tespit etmeye ve yerelleştirmeye özel bir odaklanma var. Ekip bir yerçekimi dalgası olayını tanımlayabilir, dalgaların nereden geldiğini anlayabilir ve diğer gökbilimcileri bu keşifler konusunda hızlı bir şekilde uyarabilirse, gökbilimcilerin kaynağında görünür ışık, radyo dalgaları veya diğer veri türlerini toplayan diğer teleskopları işaret etmesine olanak tanır. yerçekimi dalgası.

Tek bir olayla ilgili birden fazla bilgi kanalı toplama—çoklu haberci astrofizik– siyah beyaz sessiz bir filme renk ve ses eklemek gibidir ve astrofiziksel olayların çok daha derin bir şekilde anlaşılmasını sağlayabilir.

Gökbilimciler yalnızca tek bir olay gözlemlediler hem yerçekimi dalgalarında hem de görünür ışıkta bugüne kadar – 2017’de iki nötron yıldızının birleşmesi görüldü. Ancak bu tek olaydan fizikçiler, evrenin genişlemesi olarak bilinen evrenin en enerjik olaylarından bazılarının kökenini doğrular. gama ışını patlamaları.

Run O4 ile gökbilimciler tarihteki en hassas yerçekimi dalgası gözlemevlerine erişebilecekler ve umarız her zamankinden daha fazla veri toplayacaklar. Meslektaşlarım ve ben, önümüzdeki aylarda modern astrofiziğin sınırlarını zorlayacak bir veya belki de birçok çoklu haberci gözlemiyle sonuçlanacağını umuyoruz.

Bu makale şu adresten yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak orijinal makale.