Забелязахте ли липсата на съобщения за гравитационни вълни през последните няколко години? Е, сега е време да се подготвим за новини, тъй като Лазерната интерферометрична гравитационно-вълнова обсерватория (LIGO) започва на 24 май нов 20-месечен цикъл на наблюдение след 3-годишно прекъсване.

През последните три години LIGO не работи, за да получи сериозни нови подобрения. Едно от подобренията, наречено "квантово компресиране", намалява шума на детектора, за да подобри способността му да засича гравитационни вълни.

Астрономите очакват, че този ъпгрейд може да удвои чувствителността на LIGO. Това ще позволи сливанията на черни дупки да се виждат по-ясно, а също така ще позволи на LIGO да вижда сливания, които са по-слаби или по-далечни. А може би дори ще може да открие нови видове сливания, които не са били наблюдавани досега.

LIGO ще бъде още по-мощна, тъй като към нея ще се присъединят две други съоръжения за гравитационни вълни - европейският инструмент Virgo и новият японски детектор за гравитационни вълни Kamioka или KAGRA.

Гравитационните вълни са малки пулсации в самото пространство, които се разпространяват във Вселената. Те се предизвикват от масивни обекти, които се движат с екстремни ускорения, като например сблъскващи се черни дупки, сливащи се неутронни звезди или експлодиращи звезди.

През февруари 2016 г. LIGO откри гравитационни вълни за първи път. Както показва тази илюстрация на художник, гравитационните вълни са създадени от сливащи се черни дупки. Кредит: LIGO/A. Simonnet.

Когато гравитационна вълна преминава през обект, относителните позиции на частиците в обекта леко се променят и само чрез тези промени можем да открием гравитационните вълни. Но това изместване е съвсем миниатюрно.

LIGO разполага с два детектора, единият от които се намира в Ханфрод, Вашингтон, а другият - в Ливингстън, Луизиана. Всеки детектор се състои от две бетонни тръби, които са съединени в основата си (образувайки гигантска Г-образна форма) и се простират перпендикулярно една на друга на разстояние около 4 км Във вътрешността на тръбите два мощни лазерни лъча, които се отразяват от поредица от огледала, могат да измерват дължината на всяко рамо с изключителна точност. Когато силна гравитационна вълна премине през LIGO, огледалата се изместват на субатомно ниво, само с няколко хилядни от ширината на протона.

Обяснение на работата на детекторите на LIGO. Кредит: The Royal Swedish Academy of Sciences.

От 2015 г. насам LIGO е извършил три наблюдения. Първата серия продължи около четири месеца, втората - около девет месеца, а третата - 11 месеца, преди пандемията COVID-19 да наложи затварянето на съоръженията. От втория етап LIGO провежда съвместни наблюдения с Virgo.

До края на третия цикъл през март 2020 г. изследователите в колаборацията LIGO и Virgo са открили около 90 гравитационни вълни от сливането на черни дупки и неутронни звезди.

Членът на екипа на LIGO Чад Хана (Chad Hanna) обяснява в The Conversation новото подобрение, наречено "квантовото компресиране", което включва добавянето на 300-метрова оптична кухина. Това позволява на учените да намалят шума в детектора, като използват квантовите свойства на светлината. Хана заявява, че с този ъпгрейд, както и с подобренията в използвания софтуер, екипът на LIGO би трябвало да може да открива много по-слаби гравитационни вълни от преди.

"Аз и моите колеги от екипа сме специалисти по данни в сътрудничеството с LIGO и работим по редица различни подобрения на софтуера, използван за обработка на данните от LIGO, и алгоритмите, които разпознават признаците на гравитационни вълни в тези данни", пише Хана. "Тези алгоритми функционират чрез търсене на модели, които съответстват на теоретичните модели на милиони възможни събития на сливане на черни дупки и неутронни звезди. Усъвършенстваният алгоритъм би трябвало да може по-лесно да различава слабите признаци на гравитационни вълни от фоновия шум в данните в сравнение с предишните версии на алгоритмите."

Кимбърли Бъртник (Kimberly Burtnyk) от Калтех заявява, че с подобренията екипът на LIGO има "цел за чувствителност" от 160-190 мегапарсека (Мпс) за двойни сливания на неутронни звезди, което означава, че на такова разстояние LIGO може да очаква да открие две сблъскващи се неутронни звезди. Virgo има целева чувствителност от 80-115 Mpc, докато KAGRA, "която използва някои уникални перспективни, но предизвикателни технологии за откриване", би трябвало да работи с чувствителност, по-голяма от 1 Mpc.

"Разбира се, по-силни или по-големи събития, като например сблъсъци на черни дупки, могат да бъдат открити от много по-дълбоки части на Вселената", отбелязва Бъртник, "но използваме разстоянието, на което можем да открием сливане на неутронни звезди, като средство за описание на нашата чувствителност към всички гравитационни вълни."

През следващите месеци трябва да се проведат няколко "мултимесинджърни" наблюдения между трите съоръжения, които ще разширят границите на съвременната астрофизика, казва Хана.

Справка: After Three Years of Upgrades, LIGO is Fully Operational Again, Universe today

Още по темата

28/03/2023

Космос

Съвпадение: Бърз радиоимпулс, открит след засечени гравитационни вълни

20/12/2022

Космос

LIGO може да открие по гравитационните вълни извънземни космически кораби

24/11/2022

Космос

Две черни дупки се срещат случайно и правят нещо невиждано

19/10/2022

Космос

Преди да се сблъскат, две черни дупки усукват пространство-времето на възли