Nowe obserwatorium fal grawitacyjnych

Naukowcy z Caltech (California Institute of Technology) i MIT (Massachusetts Institute of Technology) zaprojektowali nowe obserwatorium LIGO z myślą o wykrywaniu i rejestracji nieuchwytnych fal grawitacyjnych.

Źródło: Cfoellmi via Wikimedia Commons

Amerykańska organizacja naukowa NSF wspomogła powstanie nowego narzędzia do badania fal grawitacyjnych LIGO (Advanced Laser Gravitational Wave Observatories) w Richland w Waszyngtonie. Aparaturę zaprojektowali naukowcy z Caltech (California Institute of Technology) i MIT (Massachusetts Institute of Technology) z myślą o pierwszym w historii nagraniu detekcji fal grawitacyjnych. Dzięki temu będziemy mogli dowiedzieć się więcej o generujących je zjawiskach, takich jak wybuchy supernowych i zapadające się w sobie czarne dziury.

LIGO to przede wszystkim takie usprawnienie wcześniej już używanych w tym celu urządzeń, które pozwoli na zwiększenie czułości aparatury o czynnik rzędu 10. Dzięki temu będzie się dało zbadać dużo większą ilość kandydatów na generatory fal grawitacyjnych. Ostateczne testy instrumentu zaplanowane są już na jesień tego roku.

Fale grawitacyjne, przewidziane już przez Einsteina w roku 1916 jako naturalna konsekwencja jego Ogólnej Teorii Względności, są jak gdyby zmarszczkami na materiale tworzącym znaną nam czasoprzestrzeń. Tworzą je bardzo gwałtowne zdarzenia zachodzące w odległych obszarach Kosmosu – takie jak na przykład zderzenie się dwóch czarnych dziur lub wybuch supernowej. Fale te są emitowane przez przyśpieszające, ogromne masy – podobnie jak znane nam dobrze fale radiowe tworzone są przez przyśpieszone ładunki elektryczne w antenie. Gdy fale grawitacyjne poruszają się w kierunku obserwatora na Ziemi, niosą ze sobą informacje o swym gwałtownym początku i samej naturze grawitacji, która siłą rzeczy nie może być badana innymi metodami astrofizyki.

Choć jak dotąd nie wykryto ich bezpośrednio, udało się już naukowcom zmierzyć wpływ fal grawitacyjnych na podwójny układ okrążających się wzajemnie gwiazd neutronowych. Wyniki te świetnie zgadzały się ze stojącą za nimi teorią. W roku 1993 Russell Hulse i Joseph Taylor otrzymali nawet za tą pracę prestiżową Nagrodę Nobla. Zatem – po prostu wierzymy, że dale te faktycznie istnieją. Zdaniem D. Caldwella z NSF to, co teraz dzieje się w fizyce, czyli pojawiające się możliwości w zakresie ich faktycznej rejestracji, są porównywalne z czasami, gdy dopiero rodziła się radioastronomia – to niczym otwarcie nowego okna na Wszechświat.


LIGO zaczęto projektować już w latach osiemdziesiątych. Instrument miał składać się z dwóch 4 – kilometrowych interferometrów w kształcie litery L. Wewnątrz nich miały znaleźć się próżniowe rury, wewnątrz których z kolei strumień lasera miałby się dzielić na dwie wiązki. Miałyby one poruszać się tam i z powrotem, przechodząc pomiędzy precyzyjnie ustawionymi, bardzo czułymi zwierciadłami, znajdującymi się w pobliżu narożników i na końcach każdej rury. Według Einsteina gdyby przeszły teraz w takim obszarze fale grawitacyjne, to trajektoria promieni lasera uległaby nieznacznemu odchyleniu. Współcześnie budowany LIGO ma być w stanie wykryć takie odchylenie już na poziomie jednej tysięcznej średnicy protonu, a czułość ta ma być docelowo zwiększona jeszcze 10 razy! Wymagało to zmian w konstrukcji samego lasera, jego optyce, i kilku innych komponentach.

Dzięki temu LIGO staje się dużo bardziej przydatnym urządzeniem. Będzie pozwalał nie tylko badać fale grawitacyjne, ale i poszukiwać grawitacyjnego tła kosmicznego i ogólnie testować różne modele kosmologiczne opisujące Wszechświat takim, jakim był w około nanosekundę po Wielkim Wybuchu.

Organizacja LIGO Scientific Collaboration (LSC) zrzesza około 950 naukowców z USA i 15 fizyków z innych krajów świata. Sieć LSC to same interferometry LIGO, detektory GEO600 zlokalizowane w Hanowerze i obsługiwane przez Instytut Maxa Plancka oraz jego współpracowników z Wielkiej Brytanii. Nowy instrument – węzeł sieci LSC ma być wybudowany w Indiach i działać do około 2022 roku. Same dane z LIGO ma również analizować 3–kilometrowy interferometr Virgo we Włoszech.

Elżbieta Kuligowska | Źródło: astronomy.com
15.07.2015

Liczba odsłon: 1214


Interferometr LIGO w Hanford (stan Waszyngton, USA). Fot. LIGO Team.