MIT liderliğindeki Kozmik Kaşif projesi, en eski evrenden gelen yerçekimsel dalgaları tespit etmeyi amaçlıyor.
Evrendeki uzayı sarsan dalgaların araştırılması büyük bir ivme kazandı. Bir MİTDaha büyük, daha iyi bir yerçekimi dalgası dedektörü inşa etme çabası, önümüzdeki üç yıl içinde Ulusal Bilim Vakfı’ndan 9 milyon dolar alacak. Fon infüzyonu tasarım aşamasını destekleyecektir Kozmik Kaşif — Evrenin ilk zamanlarına kadar uzanan uzay-zamandaki dalgalanmaları yakalaması beklenen yeni nesil bir kütleçekim dalgası gözlemevi. Bunu yapmak için gözlemevinin dedektörlerinin küçük bir şehir boyunca yayılması planlanıyor.
Gözlemevinin kavramsal tasarımı, dedektörleri örnek alıyor. LİGO — MIT ve Caltech tarafından işletilen Lazer Girişimölçer Yerçekimi Dalgası Gözlemevi. LIGO şunu “dinler”: yerçekimi dalgaları Aynı noktadan iki ayrı tünele gidip tekrar geriye giden iki lazerin zamanlamasını ölçerek. Varış zamanlarındaki herhangi bir farklılık, L şeklindeki dedektörden bir kütleçekim dalgasının geçtiğinin sinyali olabilir. LIGO, Amerika Birleşik Devletleri’nin farklı yerlerine yerleştirilmiş iki ikiz dedektör içerir. Benzer bir dedektör seti olan Virgo, İtalya’da ve üçüncüsü olan KAGRA, Japonya’da faaliyet göstermektedir.
Bu mevcut dedektör ağı, birkaç günde bir, kara deliklerin ve nötron yıldızlarının birleşmesi gibi yerçekimsel dalga kaynaklarından gelen dalgalanmaları topluyor. Bilim insanları, Kozmik Kaşif’in bu oranı birkaç dakikada bir sinyale yükseltmesi gerektiğine inanıyor. Bu tespitlerden ortaya çıkan bilim, kozmolojideki en büyük soruların bazılarına yanıtlar sağlayabilir.
MİT Haberleri MIT’de fizik profesörü olan Kozmik Kaşif’in genel müdürü Matthew Evans ve MIT’de fizik doçenti olan eş-baş araştırmacı Salvatore Vitale ile en eski evrenden duymayı umdukları şey hakkında görüştüler.
Sanatçının Kozmik Kaşif gözlemevi izlenimi. Kozmik Kaşif, insanlığın kozmosa ilişkin kütleçekimsel dalga görüşünü büyük ölçüde derinleştirecek ve netleştirecek yeni nesil bir gözlemevi konseptidir. Bu, küresel yeni nesil yer tabanlı yerçekimi dalgası gözlemevi ağına planlanan ABD katkısıdır. Kozmik Kaşifin tasarım konsepti, her biri L şeklinde tek bir dedektörü barındıran, biri 40 km, diğeri 20 km olmak üzere iki tesis içerir. Katkıda bulunanlar: Angela Nguyen, Virginia Kitchen, Eddie Anaya, Kaliforniya Eyalet Üniversitesi Fullerton
Q: Kozmik Kaşif’in genel fikrini bize anlatın; onu yerçekimi dalgalarının “yeni nesil” dedektörü yapacak olan şey nedir?
Evans: Kozmik Kaşif bir anlamda dev bir LIGO’dur. LIGO dedektörleri her kol için dört kilometre uzunluğundadır ve Kozmik Kaşif yanlardan 40 kilometre, yani 10 kat daha büyük olacaktır. Yerçekimi dalgasından aldığımız sinyal aslında dedektörümüzün boyutuyla orantılıdır ve bu şeylerin bu kadar büyük olmasının nedeni budur.
Bir noktaya kadar daha büyük daha iyidir. Bir noktada dedektörün uzunluğunu, gelen yerçekimi dalgalarının dalga boyuyla eşleştirdiniz. Ve eğer bunu büyütmeye devam ederseniz, bilimsel çıktı açısından gerçekten azalan getiriler olur. Bu kadar büyük bir dedektör inşa edecek yer bulmak da zordur. Çok büyüdüğünüzde, Dünya’nın eğriliği bir sorun olmaya başlar çünkü dedektörün lazer ışınının düz bir çizgide ilerlemesi gerekir ve dedektör Dünya ile birlikte bükülmek zorunda kalacak kadar büyük olduğunda bu daha az mümkündür.
Olası siteleri aramak açısından, neyse ki, 1980’lerde LIGO için sitelere bakıldığı zamanların aksine, dijital olarak erişilebilen çok sayıda kamuya açık veri var. Dolayısıyla, ABD’de potansiyel aday siteleri arayabilecek algoritmik aramaların ilk versiyonlarına zaten sahibiz. Biraz düz ama aynı zamanda rakım açısından biraz çanak şekilli yerler arıyoruz çünkü bu bir miktar kazı yapılmasını önleyecektir. Ve biz şehirlerin, göllerin ortasında ya da dağların ortasında olmayan ve bilim adamlarının içeri girip çıkmasını hayal edebileceğimiz kadar kalabalık bölgelerden çok da uzak olmayan yerler arıyoruz. İlk incelememiz, özellikle ABD’nin batı yarısında bazı potansiyel adayların olduğunu gösteriyor
Cosmic Explorer’ı mevcut gözlemevlerinin yerini alması açısından “yeni nesil” olarak görüyoruz. Referans konseptimiz olan ABD’de iki Kozmik Kaşif gözlemevi kursaydık, muhtemelen iki LIGO gözlemevini kapatırdık. Finansmanın nasıl gittiğine bağlı olarak bu muhtemelen 2030’ların ortasıdır. Yani bu hala gelecekte bir yol. Ancak yapabileceğimiz bilim açısından oyunun adını değiştireceğine inanıyoruz.
Q: Peki bu bilim ne olabilir? Hangi yeni şeyleri görebiliyordunuz ve bu hangi büyük sorulara cevap verebilirdi?
Önemli: Daha uzaktaki kaynakları görmemizi sağlayacak. Kaynak derken, kara deliklerin ve nötron yıldızlarının çarpışması gibi bugün gördüğümüz şeyleri kastediyorum. Artık LIGO’nun duyarlılığıyla, kozmolojik açıdan bakıldığında arka bahçemizdeki kaynakları görebiliyoruz; yaklaşık bir buçuk milyar yıl önce. Bu çok uzak gibi görünüyor, ancak yaklaşık 13 ila 14 milyar yıllık evrenin büyüklüğüyle karşılaştırıldığında oldukça yakın. Bu, evren tarihinin önemli aşamalarını kaçırdığımız anlamına geliyor; bunlardan biri de evrendeki yıldızların çoğunun oluştuğu “Kozmik Öğle”dir. İşte o zaman evren yaklaşık 3 milyar yaşındaydı. O dönemde oluşan kaynaklara ulaşmak harika olurdu çünkü bu bize kara deliklerin ve nötron yıldızlarının yıldızlardan nasıl geldiğine dair çok şey öğretebilirdi.
Bunun ötesine geçersek, evrenin yaklaşık bir milyar yaşında olduğu, Yeniden İyonlaşma Çağı’nda (atomların iyonize olduğu ve galaksilerin oluşmaya başladığı dönem) bu hala bizim göremeyeceğimiz kadar uzaktır. Kozmik Kaşif, kara deliklerin ve nötron yıldızlarının bu mesafelere kadar ve hatta daha da uzaklara kadar olan birleşmelerine karşı duyarlı olacaktır.
Ayrıca kaynakları çok daha net ve yüksek sesle görebileceğiz. Bugün LIGO, sinyal-gürültü oranı 30 olan, oldukça yüksek ancak karakterize edilmesi zor bir şeyi tespit edebilir. Kozmik Kaşif’ten gelen aynı sinyalin sinyal-gürültü oranı 3000 olacaktır. Dolayısıyla, Einstein’ın göreliliğinin doğru olup olmadığını test etmek gibi gerçekten hassas ölçümler gerektiren herhangi bir şey, ki bunu artık büyük belirsizliklerle yapabiliyoruz – bu, Kozmik Kaşif ile daha kesin bir test olacaktır.
Son olarak, sahip olduğunuz kaynaklar arttıkça birçok ölçüm daha iyi hale gelir. Kozmik Kaşifin yüz binlerce şeyi tespit edebileceğini düşünüyoruz. Kara delik ikili dosyalar ve bir milyona kadar nötron yıldızı yıllık birleşmeler
Evans: Daha fazla kaynağı tespit edebilmek, parametre uzayının köşelerinde bulunan ve kara deliğin çok büyük dönüşleri veya çok yüksek kütle oranları gibi normalde tespit edemeyeceğiniz nesneleri tespit etmenize olanak tanır. Yüzbinlerce kaynağınız varsa bu tuhaflıkları tespit edebilirsiniz.
Q: Projenin bundan sonraki aşaması ne olacak?
Evans: Önümüzdeki üç yıl boyunca, cihazın tüm parametrelerini seçtiğimiz ve vakum sistemi gibi etrafında dönen altyapıyı da dahil ettiğimiz yukarıdan aşağıya tam bir tasarım yapacağız ve sonunda mimari tasarımlar yapacağız. binalar. Ve tüm bunların hem inşaat hem de ön tasarım açısından oldukça sağlam bir maliyet tahminine yol açması gerekiyor. Bu noktada alanları belirlememiz, sağlam mimari ve altyapı tasarımları yapmamız gerekecek ve cihazın tasarımı somun ve cıvata seviyesinde olacaktır.
Bunu yaptığımız ortam, uzay görevi gibi geliştirilmekte olan diğer yeni nesil dedektörleri de içeren bir ortamdır. LISAtarafından yürütülmekte olup, Avrupa Uzay Ajansıve 2030’ların ortasında piyasaya sürülmesi bekleniyor. Ayrıca şu var: Einstein Teleskobu Avrupa’da. Tüm bu gruplar, birlikte çalışmayı öngördüğümüz rakiplerden ziyade meslektaşlarımızdır. Bu alanda birlikte çalışarak daha ileriye gidersiniz. Bu yeni nesil yerçekimsel dalga dedektörlerini inşa etmek bir tür küresel çabadır ve küresel bilimdir.