Amerykańskie i brytyjskie instytucje ogłosiły, że wykrywacz fal grawitacyjnych LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), zostanie znacząco udoskonalony. Amerykańska Narodowa Fundacja Nauki przeznaczy na projekt Advanced LIGO Plus (ALIGO+) 20,4 miliona USD, a UK Research dołoży kolejnych 13,7 miliona dolarów. Niewielki wkład finansowy będzie miała też Australia.

Rozbudowa będzie dotyczyła obu miejsc, w których znajduje się LIGO, w stanach Waszyngton i Luizjana. W jej ramach urządzenie wzbogaci się m.in. w 300-metrowej długości komorę próżniową, która pozwoli manipulować właściwościami laserów wykorzystywanych w wykrywaczu oraz zmniejszyć poziom zakłóceń z tła.

LIGO składa się z dwóch interferometrów w kształcie litery L. Jeden z nich znajduje się w Hanford w stanie Waszyngton, drugi zaś w Livingston z Luizjanie. Oba interferometry mają po 4 kilometry długości. LIGO pracowało w latach 2002–2010, następnie zostało zamknięte na czas rozbudowy i ponownie ruszyło w roku 2015. Wkrótce po tym dokonało odkrycia fal grawitacyjnych. Od tamtego czasu obserwatorium przechodziło mniejsze rozbudowy, dzięki którym jego czułość zwiększono o około 50%. Dotychczas LIGO zaobserwowało 10 połączeń czarnych dziur i jedno połączenie gwiazd neutronowych. Wynikiem tych zdarzeń było pojawienie się fal grawitacyjnych.

ALIGO+ będzie jednak znacznie doskonalszym instrumentem niż dotychczas. Po rozbudowie LIGO będzie w stanie wykrywać połączenia gwiazd neutronowych z odległości 325 megaparseków, czyli około miliarda lat świetlnych od Ziemi. To znaczna różnica, gdyż zanim rozpocznie się ALIGO+ urządzenie nadal będzie udoskonalane, a bezpośrednio przed ALIGO+ osiągnie czułość pozwalającą na wykrywanie połączeń gwiazd neutronowych z odległości 173 megaparseków.

Obecnie LIGO może wykrywać połączenia czarnych dziur z odległości miliardów parseków. Do roku 2022 urządzenie powinno rejestrować jedno takie wydarzenie dziennie. Po ALIGO+ będzie rejestrowało je co kilka godzin.

Rozbudowa zwiększy nie tylko częstotliwość, ale i jakość obserwacji. Na przykład dzięki redukcji poziomu szumów naukowcy będą w stanie określić, jak czarna dziury obracały się przed połączeniem. Obecnie takich obserwacji nie jesteśmy w stanie wykonywać.

Zasada działania LIGO jest dość prosta. Na obu końcach tuneli w kształcie litery L znajdują się lustra. W punkcie centralnym tuneli mamy laser, który wysyła wiązki w kierunku luster. Wiązki odbijają się, wracają do punktu centralnego, gdzie nakładają się na siebie niwelując wzajemnie swoje oscylacje. Jeśli jednak pojawi się fala grawitacyjna, która zaburza czasoprzestrzeń, zmienia się długość tuneli, dochodzi do zmiany częstotliwości wiązek i interferencji pomiędzy nimi. Tę właśnie interferencję można wykryć.

W praktyce jednak lustra w interferometrze nie są całkowicie wolne od wpływów zewnętrznych. Co więcej, także lasery wytwarzają zakłócenia. Stopniowe udoskonalenia LIGO służą m.in. ich eliminacji. Komora próżniowa, która zostanie dodana w ramach ALIGO+ pozwoli na zredukowanie ciśnienia wywieranego na lustra oraz zmniejszenie fluktuacji fotonów. Ponadto lustra zyskają nową powłokę, która powinna czterokrotnie zmniejszyć szum termiczny.

Pierwsze prace prowadzone w ramach ALIGO+ powinny ruszyć około 2023 roku.

 

 

 

Źródło: Nature, KopalniaWiedzy