Интерферометрите LIGO и Virgo възобновиха наблюденията на гравитационни вълни

На 10-ти април 2024 г., в 18:00 ч. наше време, детекторите LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory – Лазерна интерферометрична гравитационно-вълнова обсерватория) в Америка и Virgo в Италия бяха включени отново и ще останат включени до месец февруари 2025 г.

Всъщност започва новият цикъл на наблюдение, 04b. По време на този цикъл интерферометрите ще се вслушват в пространството, търсейки признаци за гравитационни вълни. Това са пулсации на пространство-времето, породени от особено енергийни космически събития.

Последният цикъл, 04а, започна на 24-ти май 2023 г. и завърши на 16-ти януари 2024 г., но само LIGO беше активен. Сега се включва и Virgo, разположен в Касина в провинция Пиза, Италия. Интерферометърът KAGRA (KAmioka GRAvitational Wave Detector) в Япония също ще се присъедини преди края на наблюдателната сесия.

От Айнщайн до първия сигнал

Гравитационните вълни са предсказани през 1916 г. като вълнови решения на линеаризираното уравнение на полето на Айнщайн в рамките на неговата обща теория на относителността. Според тази теория кривината и изкривяването на пространство-времето са свързани с разпределението на масата и енергията. Затова по време на космически събития, когато огромни маси рязко променят разпределението си (например при експлозии на свръхнови или сблъсъци на компактни обекти), пространство-времето изпитва флуктуации.

Тази ударна вълна се разпространява вълнообразно и сигналът, който е вид излъчване, може да бъде открит. LIGO и Virgo се състоят от перпендикулярни рамена с дължина 3-4 километра – тунели, през които преминават лазерни лъчи. Когато гравитационните вълни преминават през Земята, те изкривяват пространство-времето, като почти незабележимо променят дължината на рамената. Детекторът измерва фазовата разлика между лазерните лъчи, отразени от огледалата в краищата на ръкавите, и по този начин измерва гравитационните вълни.

Първото засичане беше извършено на 14-ти септември 2015 г. в 11:50:45 ч. наше време, като LIGO и Virgo съвпаднаха по време с 10 милисекунди. Откритието беше обявено на 11-ти февруари 2016 г.

Сигналът, регистриран от LIGO и Virgo, е наблюдение на вълна, излъчена в последната част от секундата на процеса на сливане на две черни дупки, отдалечени една от друга на около 1,3 милиарда светлинни години.

Към LIGO и Virgo ще се присъедини и KAGRA

С течение на времето се ражда Международната мрежа на обсерваториите за гравитационни вълни (IGWN). Това е мрежа от интерферометри за гравитационни вълни. Част от нея са LIGO, Virgo, интерферометърът KAGRA в Япония и Geo600 в Германия, както и бъдещото съоръжение LIGO в Индия.

Програмата за наблюдение за всички тези детектори е разделена на цикли на наблюдение. Както и на периоди на престой за изграждане и пускане в експлоатация. Плюс преходни периоди между циклите на пускане в експлоатация и циклите на наблюдение. По време на циклите на наблюдение ще има периоди на координирана дейност между различните обсерватории.

В цикъл 04б съвместно ще работят LIGO, Virgo и KAGRA. Първите две ще бъдат пуснати в експлоатация днес в 15:00 UTC. KAGRA също трябваше да се присъедини към проекта днес, но пускането ѝ в експлоатация се наложи да бъде отложено поради земетресение с магнитуд 7,6 на полуостров Ното на 1-ви януари 2024 г. На 120 км от площадката на KAGRA.

Повредите в тунела, вакуумната система и криогенната система са незначителни, но девет от 20-те системи за окачване на огледалата се нуждаят от ремонт, което ще наложи забавяне с поне шест месеца в сравнение с предишния план. Информацията е на EGO (Европейска гравитационна обсерватория).

Целите на този цикъл

До края на цикъла, планиран за все още неуточнената дата през февруари 2025 г., LIGO и Virgo възнамеряват да измерят поне 200 сигнала на гравитационни вълни. Учените се надяват, че ще успеят да открият множество вестители, които не само ще запишат сигнала на гравитационната вълна. Но и ще могат да се използват други телескопи на Земята или в космоса за измерване на светлинния сигнал, свързан със събитието, предизвикало вълната.

Присъствието на Virgo може да има голямо значение. Важно е и модернизирането на инструментите. През тези три месеца на работа детекторите на LIGO в Ханфорд, Вашингтон, и Ливингстън, Луизиана, бяха подложени на поддръжка и модификации. По-конкретно подобрени са оптичните системи, които изпращат лазерните лъчи. Както и системите за проследяване и изолиране на източниците на шум във вакуумните камери в експерименталните помещения в края на 4-километровите рамена.

Новите, по-точни модели на сигналите и по-добрите техники за анализ на данните също ще увеличат шансовете. Очакванията от анализите на данните са, че ще се появи нова и интересна информация. Например полезна информация за разширяване на познанията ни за стохастичния фон на гравитационните вълни. Той е причинен от случайното наслагване на гравитационни вълни, генерирани по време на ранните етапи на раждането на Вселената.

Планираната продължителност на Цикъл 04 е общо 18 месеца, като се изключи прекъсването от януари до днес за въвеждане в експлоатация. Само през първите седем месеца и половина LIGO е идентифицирала 81 много вероятни кандидати за гравитационно събитие. Огромното количество събрани данни все още се анализира.