Znajdź zawartość

Od czasu przełomowego odkrycia fal grawitacyjnych amerykańskie obserwatorium LIGO we współpracy ze swoim europejskim odpowiednikiem Virgo zarejestrowały dziesiątki zdarzeń, które wygenerowały zmarszczki czasoprzestrzeni. W przyszłości obserwatoria fal grawitacyjnych będą udoskonalane, co  pozwoli na wykrycie większej liczby fal pochodzących z głębszych regionów wszechświata, a co za tym idzie, pozwoli nam lepiej zrozumieć wszechświat i poznać jego tajemnice. Fale grawitacyjne powinny ściskać i rozciągać przestrzeń o 1 część na 1021, co oznacza, że cała Ziemia jest ściskana lub rozciągana o 1/100000 nanometra, czyli mniej więcej o grubość jądra atomu. W ramach eksperymentu LIGO zbudowano dwa interferometry ułożone w kształt litery L o długości 4 kilometrów każdy. Na końcach tuneli umieszczono lustra odbijające światło. W stronę luster wystrzeliwany jest promień lasera, który odbija się i powraca do detektorów. Jeśli promienie przebyły drogę o różnej długości, pomiędzy promieniami dojdzie do interferencji. Badając interferencję naukowcy są w stanie zmierzyć relatywną długość obu ramion z dokładnością do 1/10 000 szerokości protonu. To wystarczająca dokładność, by wykryć ewentualne zmiany długości obu ramion interferometrów spowodowane obecnością fal grawitacyjnych. W skład LIGO wchodzą dwa laboratoria - w stanach Luizjana i Waszyngton. Jednym z niezwykle ważnych elementów wpływających na czułość obu detektorów wchodzących w skład LIGO jest powłoka wspomnianych luster. Każde z nich waży 40 kilogramów, a w każdym z detektorów znajdują się 4 takie lustra. Im większy współczynnik odbicia luster, tym bardziej czuły interferometr. Jednak te same powłoki, dzięki którym lustra odbijają światło, mogą prowadzić do zwiększenia szumu tła, a to z kolei może zagłuszać sygnał z fal grawitacyjnych. A trzeba wiedzieć, że LIGO jest wrażliwy na ruch uliczny, ruchy tektoniczne czy uderzenia fal na odległym wybrzeżu. Dlatego też ciągle trwają prace nad odpowiednimi powłokami luster. Teraz specjaliści z California Institute of Technology (Caltech), pracujący przy LIGO, poinformowali o opracowaniu nowej powłoki wykonanej z tlenku tytanu i tlenku germanu. Za jej pomocą można będzie 2-krotnie zmniejszyć szum tła z luster, co pozwoli na 8-krotnie powiększenie przestrzeni wszechświata, z której LIGO może zbierać sygnały. Poszukujemy najdoskonalszego z obecnie dostępnych materiałów. Nasza zdolność do badania tego, co dzieje się w astronomicznej skali wszechświata jest ograniczona zjawiskami zachodzącymi w mikroskopijnej przestrzeni [powłoki luster - red.], mówi Gabriele Vajente, główna autorka badań nad nową powłoką. Mamy nadzieję, że dzięki nowej powłoce będziemy mogli zwiększyć częstotliwość wykrywania fal grawitacyjnych z obecnej raz na tydzień do raz na dzień lub częściej, dodaje dyrektor LIGO Laboratory na Caltech David Reitze. Nawet najmniejsze zakłócenia z otoczenia, takie jak wibracje atomów wywołane temperaturą, mogą wpłynąć na czas odbicia światła lasera od luster i zakłócić pracę interferometru. Najważniejsze w naszej pracy było stworzenie lepszych metod testowania różnych materiałów. Teraz możemy sprawdzić ich właściwości w około 8 godzin, a praca taka jest w pełni zautomatyzowana. Wcześniej zajmowało to około tygodnia. Dzięki temu mogliśmy szybciej testować różne połączenia różnych materiałów. Niektóre z nich zupełnie się nie sprawdzały, ale dało nam to wgląd w to, jakich właściwości powinniśmy poszukiwać, wyjaśnia Vajente. W końcu uczeni zauważyli, że odpowiednia kombinacja tlenku tytanu i tlenku germanu najlepiej redukuje wibracje wywołane zmianami temperatury. Lustra z nową powłoką mogą zostać zastosowane już w czasie 5. kampanii badawczej LIGO, która ruszy w połowie dekady w ramach programu Advanced LIGO Plus. Latem przyszłego roku rozpocznie się zaś 4. kampania badawcza, ostatnia z programu Advanced LIGO. O tym, jak ważne był opracowanie nowej powłoki mówi dyrektor Reitze. To zmieni badania prowadzone w ramach Advanced LIGO Plus. To wspaniały przykład, jak bardzo LIGO jest uzależnione od najnowocześniejszych osiągnięć optyki i badań materiałowych. To największy od 20 lat postęp w optyce wykorzystywanej w LIGO. Przydatność przeprowadzonych właśnie badań nie ogranicza się jedynie do wykorzystania ich wyników przy wykrywaniu fal grawitacyjnych. W przyszłości ich wyniki mogą zostać wykorzystane w telekomunikacji czy przemyśle półprzewodnikowym. « powrót do artykułu

Zestaw czterech 40-kilogramowych luster używanych przez obserwatorium fal grawitacyjnych LIGO zostały schłodzony tak bardzo, że lustra znalazły się bardzo blisko minimalnego stanu energetycznego. Tym samym są największymi obiektami, jakie kiedykolwiek znajdowały się tak blisko stanu podstawowego. Dotychczas stan podstawowy udało się uzyskać jedynie w przypadku przedmiotów ważących ułamki grama. W świecie kwantowym temperatura i ruch są jednym i tym samym. Im więcej cząstek się porusza, tym obiekt ma wyższą temperaturę. Aby wprowadzić obiekt w stan podstawowy konieczne jest usunięcie kwantów energii tych wibracji, fononów. Chirs Whittle i jego zespół z Massachusetts Institute of Technology schłodził cały system z temperatury pokojowej do 77 nanokelwinów. Dokonano tego za pomocą jednego z systemów LIGO, który wykorzystuje światło do pomiaru wibracji luster. Następnie wykorzystano pole elektromagnetyczne do spowolnienia tych wibracji. To działa podobnie, jak w przypadku dziecka na huśtawce. Jeśli chcesz zatrzymać huśtawkę, musisz przyłożyć siłę odwrotnie do kierunku ruchu, mówi Whittle. Jako, że wibracje, które naukowcy chcieli usunąć, były niezwykle małe, konieczne było dokonanie superprecyzyjnych pomiarów, by się dowiedzieć, jaką siłę należy przyłożyć, by je zniwelować. Dzięki precyzyjnym pomiarom i użyciu niezwykle dokładnych systemów LIGO udało się zmniejszyć liczbę fononów obecnych w dowolnym momencie z 10 bilionów (10 000 000 000 000) do zaledwie 11. Celem pracy Whittle'a jest wyjaśnienie, dlaczego obiekty makroskopowe nie występują w stanie podstawowym. Niektórzy fizycy sądzą, że przyczyną jest obecność grawitacji. Jeśli chcesz to sprawdzić, potrzebujesz dwóch rzeczy. Po pierwsze, obiektu na tyle dużego, że można zmierzyć wpływ grawitacji na ten obiekt, po drugie – możliwości wprowadzenia tego obiektu w stan podstawowy, mówi jeden z badaczy, Vivishek Sudhir. Jeśli nauczylibyśmy się standardowo wprowadzać obiekty makroskopowe w stan podstawowy, zwiększyłoby to czułość takich urządzeń jak LIGO. To jednak bardzo odległa przyszłość. Przed rokiem udało się zmierzyć ruch 40-kilogramowego lustra LIGO wywołany fluktuacjami kwantowymi. « powrót do artykułu

Kolaboracje LIGO i Virgo zaprezentowały dziś nowy katalog GWTC-2 obserwacji fal grawitacyjnych zaobserwowanych od kwietnia do października 2019 r. podczas pierwszej części kampanii obserwacyjnej O3 (O3a). Zbiór zawiera w sumie 39 zdarzeń. Jednocześnie opublikowano nowe prace badawcze, a także obszerne popularne podsumowania ich wyników. Wśród ujętych w nowym katalogu zdarzeń znalazły się zjawiska spójne z trzema typami kolizji: dwóch czarnych dziur (ang. binary black holes, BBH), dwóch gwiazd neutronowych (ang. binary neutron stars, BNS) i układów mieszanych złożonych z gwiazdy neutronowej i czarnej dziury (ang. neutron star-black hole, NSBH). Katalog zawiera m.in. wyjątkowo interesujące zdarzenia (opisywane wcześniej w odrębnych publikacjach) takie jak druga w historii obserwacja koalescencji dwóch gwiazd neutronowych, koalescencja dwóch czarnych dziur o największej w historii dysproporcji mas oraz obserwacja bardzo masywnego układu czarnych dziur o łącznej masie około 150 razy większej od masy Słońca. Dane udostępnione dziś wszystkim zainteresowanym badaczom umożliwią prace nad nimi szerokiemu kręgowi naukowców, a także pasjonatom. Katalog GWTC-2 to rezultat współpracy ponad tysiąca naukowców z całego świata zrzeszonych w konsorcjum LIGO-Virgo, w tym szesnastu z Polski. Dwóch z nich pracuje w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (prof. Andrzej Królak i dr Adam Zadrożny). Naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych od 2008 roku biorą udział w pracach konsorcjum LIGO-Virgo, w tym w pracach nad sygnałami pochodzącymi z rotujących gwiazd neutronowych, astronomią wielu nośników (multi-messenger astronomy) oraz nowych metod analizy danych. Narodowe Centrum Badań Jądrowych wnosi wkład w budowę europejskiego detektora fal grawitacyjnych Virgo. Analiza kolejnych danych z drugiej części kampanii obserwacyjnej O3 (O3b) jest obecnie w toku. Jej wyniki jeszcze bardziej rozbudują katalog zaobserwowanych przejściowych sygnałów fal grawitacyjnych. Obecnie detektory LIGO i Virgo są poddawane dodatkowym inżynieryjnym ulepszeniom w celu poprawienia ich czułości w czasie kolejnej, czwartej już kampanii obserwacyjnej (O4). Wykrywanie fal grawitacyjnych stało się obecnie rutynowe, i to zaledwie pięć lat po pierwszej detekcji. Dzięki w sumie 50 zarejestrowanym sygnałom fal grawitacyjnych (11 w opublikowanym wcześniej katalogu GWTC-1 i 39 zebranych obecnie w GWTC-2) następuje znaczący postęp w badaniach: jesteśmy w stanie lepiej poznać populację czarnych dziur i gwiazd neutronowych we Wszechświecie, zwiększa się nasze zrozumienie teorii grawitacji, tj. ogólnej teorii względności, a wkrótce, mając do dyspozycji czulsze detektory, zapewne będzie możliwe wykrycie fal grawitacyjnych pochodzących ze zdarzeń obserwowanych także jako tzw. rozbłyski gamma (pierwszy taki przypadek miał już miejsce w 2017 r.). Tym zagadnieniom poświęcone są artykuły publikowane równolegle z nowym katalogiem. Dane z trzydziestu dziewięciu obserwacji zarejestrowanych podczas pierwszej fazy kampanii obserwacyjnej O3 są umieszczone na serwerze Centrum Otwartych Danych Fal Grawitacyjnych GWOSC (ang. Gravitational Wave Open Science Center) dostępnym poprzez portal https://www.gw-openscience.org/eventapi/html/GWTC-2. Strona GWOSC zawiera kompletną dokumentację i przykłady kodów do analizy danych oraz tutoriale mogące pomóc każdemu zainteresowanemu w odkrywaniu publicznie dostępnych zbiorów danych. « powrót do artykułu

Teorie mówią, że nie istnieją gwiazdowe czarne dziury o takiej masie. Ale, jak wiemy, natura zawsze znajdzie jakiś sposób, mówi Stan Woosley, astrofizyk z University of California, Santa Cruz. Uczony skomentował w ten sposób to, co zarejestrowały wykrywacze fal grawitacyjnych LIGO i Virgo. A przechwyciły one sygnał świadczący o niezwykle mało prawdopodobnej kolizji czarnych dziur o rzadko spotykanej masie. Eksperci,  którymi kontaktowali się dziennikarze poinformowali, że wśród 22 fal grawitacyjnych zarejestrowanych od kwietnia przez LIGO/Virgo znajduje się taki, który pochodzi od czarnej dziury o masie nawet 100 mas Słońca. Dzisiaj naukowcy potwierdzili, że zauważyli kolizję dwóch czarnych dziur o masach 65 i 85 mas Słońca, w wyniku której powstała czarna dziura o masie 150 mas Słońca. Krzysztof Bełczyński, astrofizyk z Uniwersytetu Warszawskiego, był tak pewien, iż zderzenie takich czarnych dziur jest mało prawdopodobne, że w 2017 roku w podczas spotkania w Aspen Center For Physics wraz z Danielem Holzem z University of Chicago zawarli zakład stwierdzając, iż żadna czarna dziura o takiej masie nie zostanie wykryta w pierwszych 100 sygnałach LIGO/Virgo. Do zakładu dołączył później też Woosley. Zakład przyjęło troje innych naukowców. Myślę, że przegramy ten zakład. Ku chwale nauki, mówi Bełczyński. W 1967 roku fizycy z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie odkryli, że jeśli umierająca gwiazda ma bardzo masywne jądro, to nie zapadnie się ono w czarną dziurę. Gwiazda taka zmieni się w supernową niestabilności kreacji par (pair-instability supernova). Do jej powstania dochodzi, gdy jądro gwiazdy staje się tak gorące, iż światło spontanicznie zamienia się w nim w pary elektron-pozyton. Dotychczas ciśnienie światła zapewniało stabilność jądra. Gdy zaczyna się ono zamieniać w materię ciśnienie to spada, jądro gwałtownie się kurczy, staje się coraz gorętsze, to z kolei przyspiesza produkcję par elektron-pozyton. Powstaje samonapędzający się mechanizm. W końcu temperatura rośnie do tego stopnia, że dochodzi do fuzji tlenu. W jego wyniku implozja zostanie zatrzymana, a rozpoczyna się proces odwrotny. Następuje eksplozja jądra. Jeśli jądro miało masę 65–130 mas Słońca, cała materia zostaje rozrzucona. Po gwieździe pozostaje mgławica. Jądro nie zapada się, nie powstaje czarna dziura. Jeśli natomiast jądro, w którym doszło do niestabilności kreacji par miało masę od 50 do 65 mas Słońca, dochodzi do serii eksplozji, które stopniowo wyrzucają materię dopóty, dopóki masa jądra nie spadnie poniżej limitu, w którym niestabilność kreacji par już nie zachodzi. Z tego wynika, że nie powinny istnieć gwiazdowe czarne dziury o masie pomiędzy 50 a 130 mas Słońca. To bardzo proste obliczenia, mówi Woosley, którego praca z 2002 roku na ten temat jest uważana za ostateczne wyjaśnienie problemu. Mogą za to istnieć, i istnieją, czarne dziury o masie większej niż 130 mas Słońca, gdyż implozja tak masywnego jądra nie może zostać zatrzymana, nawet w wyniku fuzji tlenu. Jądro zapada się do czarnej dziury. Jednak, jako że gwiazdy tracą masę przez całe swoje życie, gwiazda, która utworzyłaby jądro o masie ponad 130 mas Słońca musiałaby mieć co najmniej masę 300 mas Słońca. Tak masywne gwiazdy są niezwykle rzadkie. Dlatego też większość ekspertów uznaje, że LIGo/Virgo może wykryć kolizje czarnych dziur o masach nie przekraczających 50 mas Słońca. Znamy też supermasywne czarne dziury o masach miliony i miliardy raza większych od masy Słońca, jednak powstają one w inny sposób, a LIGO i Virgo nie są w stanie wykryć ich zderzeń. Dlatego tylko niewielu specjalistów uważało, że LIGO i Virgo zauważą kolizje czarnych dziur o masach ponad 50 mas Słońca. Stąd wyzwanie, jakie w formie zakładu rzucili im Bełczyński, Holz i Wooley. Zakład ten przyjęli Carl Rodriguez z MIT, Sourav Chatterjee z Tata Institute for Fundamental Research z Mombasy, do których dołączył później Fred Rasio z Northwestern University. Przegrani mają kupić każdemu z wygranych butelkę wina o wartości 100 USD. Rodriguez, Chatterjee i Rasio stwierdzili, że co prawda większość kolizji wykrywanych przez LIGO i Virgo prawdopodobnie ma swój początek w izolowanych układach podwójnych, ale niewielka część z nich może zachodzić w gęstych środowiskach takich jak gromady kuliste. Tam zaś, ich zdaniem, może zdarzyć się tak, że np. czarna dziura o masie 50 mas Słońca najpierw wchłonie czarną dziurę o masie 30 mas Słońca, a później znowu połączy się z jakąś czarną dziurą. LIGO/Virgo może zarejestrować to drugie zdarzenie, zatem zauważy zderzenie czarnych dziur, z których co najmniej jedna będzie miała masę pomiędzy 50 a 130 mas Słońca. Istnieje też jeszcze inna możliwość. Otóż kolizja taka może rozpocząć się również w izolowanym układzie podwójnym. Jeśli jedna z gwiazd układu utworzy czarną dziurę, a układ nadal będzie istniał, to czarna dziura może wchłaniać masę z towarzyszącej jej gwiazdy, rosnąc powyżej „zakazanego” limitu. Później, gdy druga z gwiazd utworzy czarną dziurę, może dojść do kolizji obu czarnych dziur i zarejestrowania tego wydarzenia na Ziemi. Krzysztof Bełczyński i jego koledzy przegrali więc zakład. Woosley wciąż uważa, że granica „zakazanej masy” istnieje. Jego zdaniem, wśród olbrzymiej liczby czarnych dziur musi istnieć – mimo nielicznych wyjątków – wyraźny spadek liczby czarnych dziur w zakresie masy od 50 do 130 mas Słońca. A te nieliczne istniejące wyjątki to wynik tego, że natura nie znosi próżni. « powrót do artykułu

Po raz pierwszy w historii zaobserwowano wpływ fluktuacji kwantowych na obiekt w skali człowieka. Naukowcy pracujący przy detektorze fal grawitacyjnych LIGO informują na łamach Nature o zarejestrowaniu poruszenia się pod wpływem fluktuacji kwantowych 40-kilogramowych luster wykorzystywanych w obserwatorium. Zespół naukowy, który pracował pod kierunkiem specjalistów z MIT, a w skład którego wchodzili też uczeni z Caltechu, przeprowadził swoje badania w LIGO Livingston Observatory w Louizjanie. Okazało się, że szum kwantowy wystarczy, by przemieścić lustra o 10-20 metra. Takie przesunięcie jest zgodne z teoretycznymi przewidywaniami mechaniki kwantowej. Dopiero jednak teraz udało się to zjawisko zmierzyć. Wykonanie tak dokładnych pomiarów było możliwe dzięki zastosowaniu kwantowego „ściskacza światła”. Wczoraj informowaliśmy o ważnym przełomie dokonanym na polu budowy takich urządzeń. Dzięki „ściskaczowi” naukowcy byli w stanie zredukować szum kwantowy, dzięki czemu określili, jak bardzo wpływał on na ruch luster. To naprawdę niezwykłe, że ściśnięcie światła może zmniejszyć ruch luster, które ważą tyle, co nieduży człowiek. Przy tych częstotliwościach istnieje wiele źródeł szumu, które powodują ruch luster. To naprawdę duże osiągnięcie, że mogliśmy obserwować wpływ właśnie tego źródła, cieszy się współautorka badań, Sheila Dwyer, która pracuje przy detektorze LIGO w Hanford. Profesor fizyki Rana Adhikari wyjaśnia, że ściśnięcie światła zmniejsza ilość szumu kwantowego w promieniu lasera poprzez przesunięcie go z fazy do amplitudy światła. To amplituda światła porusza lustra. Wykorzystaliśmy tę cechę natury, która pozwoliła nam przesunąć szum w obszar, który nas nie interesuje. Ściśnięcie światła i zredukowanie tym samym szumu kwantowego naukowcy mogli dokonać pomiarów poza standardowy limit kwantowy. W przyszłości technika ta pozwoli LIGO na wykrywanie słabszych, odleglejszych źródeł fal grawitacyjnych. W jeszcze dalszej przyszłości może to zostać wykorzystane do udoskonalenia smartfonów, autonomicznych samochodów i innych technologii, zapowiada Adhikari. « powrót do artykułu

Po raz drugi w historii LIGO zarejestrował fale grawitacyjne pochodzące ze zderzenia gwiazd neutronowych. Pierwsze tego typu wydarzenie udało się zarejestrować 2,5 roku temu. Najnowsze zderzenie zostało zarejestrowane 25 kwietnia ubiegłego roku. Naukowcy, którzy analizowali dane, stwierdzili, że łączna masa obu gwiazd wynosiła 3,4 masy Słońca. To interesujące odkrycie, gdyż dotychczas nigdy nie zaobserwowano pary gwiazd neutronowych, która miałaby masę większą niż 2,9 masy Słońca. Ta para była wyraźnie cięższa niż jakakolwiek inna zaobserwowana dotychczas para gwiazd neutronowych, mówi Katerina Chatziioannou z nowojorskiego Flatiron Institute. Uczona dodała, że nie można wykluczyć, iż doszło do zderzenia czarnych dziur lub czarnej dziury z gwiazdą neutronową, ale jest to mało prawdopodobne, gdyż nigdy wcześniej nie zaobserwowano tak małych czarnych dziur. Nie wiadomo, dlaczego dotychczas teleskopy nie zaobserwowały pary gwiazd neutronowych o tak dużej masie. Teraz, gdy wiadomo, że pary takie istnieją, teoretycy będą musieli wyjaśnić, dlaczego widać je w wykrywaczach fal grawitacyjnych, a nie w teleskopach. Gdy tylko LIGO wykrywa fale grawitacyjne, zostaje wysłany alert wraz z informacją o pozycji źródła tych fal. Dzięki temu astronomowie z całego świata mogą rozpocząć obserwacje wskazanego miejsca. Kiedy detektor odkrył pierwsze zderzenie gwiazd neutronowych, wysłany alert pozwolił zaobserwować rozbłysk gamma pochodzący ze starej galaktyki położonej w odległości około 130 milionów lat świetlnych od Ziemi. Jednak tym razem niczego nie wykryto. Żadna grupa naukowa nie poinformowała dotychczas o zauważeniu rozbłysku w miejscu i czasie, które zgadzałyby się z zarejestrowanymi falami. Mogło się tak stać dlatego, że fale wykrył tylko jeden z detektorów LIGO, ten znajdujący się w Livingston w stanie Louisiana. Drugi z nich, z Hanford w stanie Waszyngton, był czasowo wyłączony, a europejski Virgo w pobliżu Pizy jest zbyt mało czuły, by zauważyć te fale. Zwykle mamy więc do dyspozycji trzy wykrywacze systemu LIGO-Virgo. Mogą one nawzajem potwierdzać swoje obserwacje, a dzięki triangulacji możliwe jest dokładne określenie źródła fal. Fakt, że tym razem mamy dane tylko z jednego z nich pozwala na stwierdzenie, że do zderzenia gwiazd doszło w odległości większej niż 500 milionów lat świetlnych od Ziemi gdzieś w obszarze obejmujący niemal 20% nieboskłonu. Danym zarejestrowanym przez LIGO możemy jednak zaufać. Urządzenia działają już na tyle długo, że naukowcy potrafią odróżnić prawdziwy sygnał od zakłócenia, nawet jeśli mają do dyspozycji tylko jeden wykrywacz. Chatziioanou przypomina, że gdy dochodzi do zderzenia gwiazd neutronowych, powstaje czarna dziura. W tym wypadku mogła ona powstać tak szybko, że natychmiast wchłonęła wszelkie światło, co wyjaśniałoby brak obserwacji. Ponadto strumień energii, który pochodził z takiego wydarzenia, mógł zostać skierowany w inną stronę niż Ziemia. Naukowcy nadal jednak badają to wydarzenie, więc nie można wykluczyć, że dowiemy się o nim więcej. W ciągu najbliższych kilku tygodni uruchomiony zostanie japoński wykrywacz fal grawitacyjnych KAGRA. Czwarte takie urządzenie pozwoli na jeszcze bardziej precyzyjne wykrywanie jeszcze większej liczby fal grawitacyjnych. « powrót do artykułu

Po roku przerwy, w czasie którego był rozbudowywany, wykrywacz fal grawitacyjnych LIGO ponownie rozpoczyna pracę. Dzisiaj, 1 kwietnia, uruchomione zostaną detektory w stanach Waszyngton i Luizjana. Tym razem w pracy będzie je wspierał włoski detektor Virgo, a za kilka miesięcy do współpracy może dołączyć japoński KAGRA. Naukowcy mają nadzieję, że udoskonalony LIGO ściśle współpracujący z innymi wykrywaczami zarejestruje więcej fal grawitacyjnych i będzie w stanie bardziej precyzyjnie wyśledzić ich pochodzenie. Większość prac ulepszających polegało na zwiększeniu mocy wykorzystywanego lasera. To zwiększyło czułość, mówi profesor Jolien Creighton z University of Wisconsin Milwaukee. Fale grawitacyjne ściskają i rozciągają przestrzeń o 1 część na 10^21, co oznacza, że cała Ziemia jest ściskana lub rozciągana o 1/100000 nanometra, czyli mniej więcej o grubość jądra atomu. W ramach eksperymentu LIGO zbudowano dwa interferometry ułożone w kształt litery L o długości 4 kilometrów każdy. Na końcach tuneli umieszczono lustra odbijające światło. W stronę luster wystrzeliwany jest promień lasera, który odbija się i powraca do detektorów. Jeśli promienie przebyły drogę o różnej długości, pomiędzy promieniami dojdzie do interferencji. Badając interferencję naukowcy są w stanie zmierzyć relatywną długość obu ramion z dokładnością do 1/10 000 szerokości protonu. To wystarczająca dokładność, by wykryć ewentualne zmiany długości obu ramion interferometrów spowodowane obecnością fal grawitacyjnych. W skład LIGO wchodzą dwa laboratoria - w stanach Luizjana i Waszyngton. W ramach rozbudowy przybliżono się też do fizycznych granic czułości LIGO, które są wyznaczane przez zasadę nieoznaczoności. Czułość wykrywacza zwiększono „kwantowo ściskając” światło lasera. Dzięki temu długość tuneli można mierzyć z jeszcze większą dokładnością. Dodanie do detektorów z Waszyngtonu i Luizjany urządzeń z Włoch i Japonii pozwoli na bardziej precyzyjną triangulację danych i lepsze określenie źródła pochodzenia sygnału. Profesor Creighton mówi, że LIGO będzie przyglądał się takim samym źródłom sygnału, co wcześniej: zderzeniom czarnych dziur, gwiazd neutronowych lub kombinacji obu. Uczony jest pewien, że teraz wykrywanych będzie więcej zderzeń czarnych dziur. Mamy też nadzieję, że zobaczymy kolizję układu podwójnego gwiazd neutronowych oraz czarnej dziury, stwierdza. Jednak, jako że dotychczas takiego zjawiska nie zaobserwowano, trudno jest mówić, jak często ono występuje. Jednak po udoskonaleniu LIGO zajrzy jeszcze głębiej w przestrzeń kosmiczną, więc powinniśmy zaobserwować nawet rzadkie wydarzenia, mówi Creighton. LIGO może też obserwować wybuchy supernowych oraz szybko obracające się samotne gwiazdy neutronowe. Jeśli taki obrót nie jest perfekcyjnie symetryczny, to powinny powstawać fale grawitacyjne, wyjaśnia Creighton. Taki sygnał będzie słaby, ale stały, więc im dłużej LIGO będzie pracował, tym większa szansa na jego zarejestrowanie. Specjaliści spodziewają się również, że fale grawitacyjne mogą nieść ze sobą niezwykle subtelne echa Wielkiego Wybuchu i mają nadzieję, że uda się je wykryć. Zawsze jest nadzieja, że zobaczymy coś niespodziewanego. I są rzeczy, których nie potrafimy do końca przewidzieć, dodaje Creighton. LIGO będzie pracował przez rok. Później ponownie zostanie wyłączony i znacząco udoskonalony w ramach projektu ALIGO+. « powrót do artykułu

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. « powrót do artykułu

Naukowcy pracujący przy instrumentach LIGO i VIRGO potwierdzili odkrycie, o którym informowaliśmy w sierpniu – po raz pierwszy udało się bezpośrednio zaobserwować fale grawitacyjne oraz emisję światła pochodzące ze zderzenia gwiazd neutronowych. Gdy wspomniane gwiazdy krążyły wokół siebie doszło do emisji fal grawitacyjnych, które obserwowano przez około 100 sekund. Gdy gwiazdy się zderzyły, rozbłysk światła był widziany z Ziemi po około 2 sekundach od zarejestrowania fal grawitacyjnych. W ciągu dni i tygodni następujących po zderzeniu obserwowano inne rodzaje emisji, w tym emisję w zakresach ultrafioletu, podczerwieni, światło widzialne, fale radiowe i promieniowanie rentgenowskie. Obserwacje zderzenia gwiazd neutronowych były też niepowtarzalną okazją do przeprowadzenia wielu badań. Na przykład dzięki teleskopom Gemini Obserwatory, Hubble'a i European Very Large Telescope naukowcy dowiedzieli się, że podczas kolizji doszło do syntezy wielu materiałów, w tym złota i platyny. To z kolei pozwoliło na rozwiązanie zagadki pochodzenia pierwiastków cięższych od żelaza. Możliwość obserwowania rzadkiego wydarzenia zmieniającego nasze rozumienie działania wszechświata jest niezwykle ekscytująca. Dzięki temu wielu specjalistów mogło w końcu osiągnąć postawione sobie cele badawcze i jednocześnie obserwować zjawisko zarówno w formie tradycyjnej jak i fal grawitacyjnych, mówi France A. Cordova, dyrektor National Science Foundation. Sygnał grawitacyjny GW170817 wykryto po raz pierwszy 17 sierpnia bieżącego roku. Zauważono go w bliźniaczych detektorach LIGO umiejscowionych w Hanford w stanie Waszyngton i Livingston w Luizjanie. Informacje z detektora Virgo z okolic PIzy pozwoliły na ściślejsze określenie źródła sygnału. Mniej więcej w tym samym czasie gdy sygnał został wykryty w jednym z detektorów LIGO teleskop kosmiczny Fermi zarejestrował rozbłysk gamma. Analizy przeprowadzone przy użyciu oprogramowania LIGO-Virgo wykazały, że jest mało prawdopodobne, by sygnały pochodziły z różnych źródeł. Kolejna analiza pokazała, że i drugi z detektorów LIGO zarejestrował wspomniany sygnał. O zjawisku poinformowano ośrodki naukowe na całym świecie, dzięki czemu można było skierować teleskopy w odpowiednie miejsce. Dane z LIGO pokazały, że w odległości około 130 milionów lat świetlnych od Ziemi znajdują się dwa krążące wokół siebie obiekty. Masę obu obiektów oszacowano na 1,1-1,6 masy Słońca, co wskazywało, że nie są to czarne dziury, a gwiazdy neutronowe. To było niezwykle cenne odkrycie, gdyż wcześniej rejestrowano wyłącznie fale grawitacyjne pochodzące z czarnych dziur. Taki sygnał trwa ułamki sekund. Tymczasem sygnał z gwiazd neutronowych nie tylko rejestrowano przez 100 sekund, ale też był on obecny we wszystkich częstotliwościach pracy LIGO. Przeprowadzone przez nas analizy wykazały, że błędny sygnał o takiej sile może się zdarzyć rzadziej niż raz na 80 000 lat, mówi Laura Cadonati, profesor fizyki na Georgia Tech. To odkrycie otwiera nowe możliwości przed astrofizyką. Zostanie ono zapamiętane jako jedno z najintensywniej badanych zjawisk astrofizycznych w dziejach, dodaje uczona. Odkrycie rozwiązało kilka zagadek, na przykład pozwoliło stwierdzić, że krótkotrwałe rozbłyski gamma rzeczywiście mają związek z łączeniem się gwiazd neutronowych, ale pojawiły się też nowe pytania. Na przykład źródło rozbłysku gamma znajdowało się wyjątkowo blisko Ziemi, jednak sam rozbłysk był zadziwiająco słaby jak na tę odległość. Naukowcy już pracują nad modelami wyjaśniającymi, dlaczego tak się stało. Mimo, że amerykański LIGO jako pierwszy odkrył sygnał, to europejski Virgo odegrał kluczową rolę w badaniach. Jego orientacja względem źródła sygnału w momencie jego zarejestrowania dostarczyła danych, które po połączeniu z danymi z LIGO pozwoliły na precyzyjne zlokalizowanie źródła sygnału. To najdokładniej zlokalizowane ze wszystkich dotychczas odkrytych źródeł fal grawitacyjnych. Tak duża precyzja położenia źródła pozwoliła na przeprowadzenie wielu przełomowych badań, stwierdził Jo van den Brand z Narodowego Holenderskiego Instytutu Fizyki Subatomowej, rzecznik projektu Virgo. To wspaniały przykład efektywności pracy zespołowej, pokazujący jak ważna jest koordynacja i współpraca naukowa, dodaje dyrektor Federico Ferrini z European Gravitational Observatory. Przed mniej więcej 130 milionami lat dwie gwiazdy neutronowe krążyły wokół siebie w odległości około 300 kilometrów, a im bliżej siebie były, tym większą miały prędkość. Gwiazdy zaburzały czasoprzestrzeń, emitując fale grawitacyjne. W momencie zderzenia połączyły się w jeden ultragęsty obiekt emitując promieniowanie gamma. Teraz pomiary fal grawitacyjnych i promieniowania gamma potwierdziły ogólną teorię względności, która przewiduje, że fale grawitacyjne powinny poruszać się z prędkością światła. Przez najbliższe tygodnie i miesiące teleskopy z całego świata będą obserwowały i badały to, co pozostało ze zderzenia obu gwiazd. Gdy planowaliśmy LIGO pod koniec lat 80. ubiegłego wieku, wiedzieliśmy, że będziemy potrzebowali całej międzynarodowej sieci obserwatoriów fal grawitacyjnych, w tym obserwatoriów znajdujących się w Europie. Dopiero taka sieć pozwoli na zlokalizowanie źródła fal grawitacyjnych, dzięki czemu można je będzie obserwować za pomocą teleskopów optycznych. Teraz możemy potwierdzić, że sieć obserwatoriów wspaniale działa i wraz z teleskopami optycznymi zapowiada nową erę w astronomii. A będzie jeszcze lepiej, gdyż planowane są obserwatoria w Indiach i Japonii, mówi Fred Raab, odpowiedzialny w LIGO za obserwacje. LIGO zostało sfinansowane przez amerykańską Narodową Fundację Nauki (NSF), a zarządzają nim specjaliści z California Institute of Technology i MIT. Rozbudowa detektora do Advanced LIGO została również sfinansowana przez NSF, ale zyskała też wsparcie finansowe ze niemieckiego Towarzystwa im. Maxa Plancka, brytyjskiego Science and Technology Facilities Council oraz Australian Research Council. W pracach LIGO Scientific Collaboration bierze udział ponad 1200 naukowców z około 100 instytucji z całego świata. Z kolei w prace Virgo zaangażowanych jest ponad 280 naukowców z 20 europejskich instytucji badawczych m.in. z Francji, Włoch, Holandii, Węgier, Polski i Hiszpanii. Detektor Virgo znajduje się w Pizie w European Gravitational Observatory, które jest finansowane ze środków francuskich, włoskich i holenderskich. « powrót do artykułu