Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

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

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przedstawiciele trzech wykrywaczy fal grawitacyjnych, amerykańskiego LIGO, włoskiego Virgo i japońskiego KAGRA, podpisali porozumienie o współpracy i wymianie danych oraz przewidują rozszerzenie współpracy na przyszłych partnerów.
      Istnienie fal grawitacyjnych przewidział ponad 100 lat temu Albert Einstein. Po raz pierwszy wykryto je w detektorze LIGO w 2015 roku, a o odkryciu poinformowano w roku 2016. Obserwacje fal grawitacyjnych pozwalają na poznanie kolejnych tajemnic wszechświata.
      KAGRA to najmłodsze ze wspomnianych obserwatoriów. Powstało ono w Kamioce w prefekturze Gifu, a za konstrukcję odpowiadały Instytut Badań Promieni Kosmicznych Uniwersytetu Tokijskiego, Narodowe Obserwatorium Astronomiczne Japonii oraz Organizacja Badań nad Akceleratorami Wysokich Energii. Budowa urządzenia rozpoczęła się w 2010 roku i jest ono niemal gotowe do pracy. Mamy nadzieję, że przed końcem bieżącego roku rozpoczniemy obserwacje i dołączymy do globalnej sieci wykrywaczy fal grawitacyjnych, powiedział główny badacz KAGRA, Takaaki Kajita.
      LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) oraz LIGO Scientific Collaboration to amerykańskie instytucje, w pracach których bierze udział ponad 100 instytucji z całego świata. To właśnie w LIGO wykryto pierwsze fale grawitacyjne. Dołączenie KAGRA do naszej sieci obserwatoriów fal grawitacyjnych znakomicie zwiększy możliwości naukowe w nadchodzącej dekadzie. KAGRA pozwoli na bardziej precyzyjne określenie położenia źródła fal grawitacyjnych, co jest głównym celem badawczym, mówi dyrektor i główny naukowiec LIGO, David Reitze.
      Z kolei Virgo to wspólne dzieło 96 europejskich instytucji naukowych. Dołączenie KAGRA powoduje, że prace nad badaniem fal grawitacyjnych stają się projektem ogólnoświatowym, stwierdził rzecznik prasowy Virgo, Jo van den Brand.
      Porozumienie pomiędzy KAGRA, LIGO i Virgo zastępuje dotychczasową umowę pomiędzy LIGO a Virgo. Będzie ono obowiązywało do 30 września 2023 roku. Po tej dacie umowa może zostać przedłużona.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jeśli to, co uznawaliśmy za czarne dziury jest w rzeczywistości obiektami nieposiadającymi osobliwości, wówczas przyspieszające rozszerzanie wszechświata jest naturalną konsekwencją Einsteinowskiej ogólnej teorii względności, mówi Kevin Croker z Uniwersytetu Hawajskiego. Croker i jego kolega opublikowali na łamach Astrophysical Journal artykuł, w którym stwierdzają, że niektóre obiekty uznawane obecnie za czarne dziury, mogą nie być czarnymi dziurami, ale obiektami pełnymi ciemnej energii.
      Kevin Croker i emerytowany profesor matematyki Joel Weiner nie zajmowali się badaniem czarnych dziur. Przyglądali się równaniom Friedmanna, które zostały przez ich twórcę wywiedzione z teorii Einsteina. Fizycy wykorzystują te równania do opisu rozszerzania się wszechświata, gdyż za ich pomocą łatwiej jest prowadzić obliczenia. Naukowcy zauważyli, że aby poprawnie zapisać równania Friedmanna, ultragęste izolowane obiekty we wszechświecie, takie jak gwiazdy neutronowe czy czarne dziury muszą być – z matematycznego punktu widzenia – traktowane jak cała reszta. Dotychczas kosmolodzy uważali, że w obliczeniach należy pomijać szczegóły dotyczące tych obiektów.
      Wykazaliśmy, że istnieje tylko jeden prawidłowy sposób na tworzenie tych równań. A jeśli zrobi się to w ten sposób, można dojść do bardzo interesujących wniosków, mówi Croker.
      Z obliczeń wynika, że cała ciemna energia, potrzebna do przyspieszania rozszerzania się wszechświata, może znajdować się w obiektach uznawanych obecnie za czarne dziury. Co więcej wykazali, że te alternatywy dla czarnych dziur – nazwane Generycznymi Obiektami Ciemnej Energii (GEODE – Generic Objects of Dark Energy) – pozwalają również wyjaśnić pewne cechy fal grawitacyjnych.
      Wyliczenia, dokonane przez Crokera i Weinera wykazały, że GEODE, ultragęste obiekty pełne ciemnej energii, ale niezawierające osobliwości, zyskują masę wyłącznie przez to, że wszechświat się rozszerza. Ich masa zwiększa się, nawet gdy w pobliżu nie ma materii, którą mogłyby wchłonąć. Tak, jak światło podróżujące przez rozszerzający się wszechświat traci energię, co widzimy w postaci przesunięcia w podczerwieni, tak i materia traci masę w miarę rozszerzania się wszechświata. Zwykle efekt ten jest zbyt słaby, by go zauważyć. Jednak w ultragęstych środowiskach, wewnątrz których panuje niezwykle wysokie ćiśnienie, mamy do czynienia z materiałem relatywistycznym, a tam efekt utraty masy przez materię jest zauważalny. Ciemna materia jest relatywistyczna i panujące wewnątrz niej ciśnienie działa inaczej niż na materię czy światło. Zatem obiekty zbudowane z ciemnej energii, jak GEODE, z czasem zyskują masę.
      Hipoteza dotycząca GEODE pojawiła się w latach 60. ubiegłego wieku, ale dopiero ostatnio opracowano metody matematyczne, pozwalające badać te obiekty. Dzięki pracy Crokera i Weinera wydaja się, że za ich pomocą w prosty sposób można wyjaśnić pewne zjawiska zaobserwowane podczas rejestracji fal grawitacyjnych pochodzących z połączenia dwóch czarnych dziur. Gdy LIGO po raz pierwszy wykrył fale grawitacyjne wyliczono, że pochodzą one z połączenia czarnych dziur o masach 29 i 36 mas Słońca. Tymczasem naukowcy spodziewali się innych mas.
      Jednak GEODE, w przeciwieństwie do czarnych dziur, zyskują z czasem masę. Uformowane w młodym wszechświecie GEODE mogły z czasem zyskać na masie i to właśnie one mogły się zderzyć, co zostało zaobserwowane przez LIGO. Wyjaśnienie takie jest znacznie prostsze niż przyjęcie, że mieliśmy do czynienia z czarnymi dziurami o takich, a nie innych masach.
      Nie wszyscy są przekonani do twierdzeń Crokera i Weinera. Profesor fizyki Vitor Cardoso z Instituto Superior Tecnico w Lizbonie mówi, że zaprezentowany opis GEODE jest sprzeczny z intuicją i trudny do przyjęcia. Dodaje przy tym: podoba mi się pomysł znalezienia alternatyw dla czarnych dziur. To zmusi nas to wzmocnienia teorii opisującej czarne dziury. Poza tym, jeśli nie będziemy takiej alternatywy szukali, to nigdy jej nie znajdziemy.
      Badania opisano w artykule Implications of Symmetry and Pressure in Friedmann Cosmology. I. Formalism

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W centrum Drogi Mlecznej znajduje się supermasywna czarna dziura o masie 4 milionów mas Słońca. Jest ona spokojna jak na aktywne jądro galaktyki, jednak obserwacje w zakresie promieniowania rentgenowskiego pokazują, że w okolicach czarnej dziury dochodzi do silnych rozbłysków. Ponadto chociaż tempo formowania się gwiazd w tamtym regionie jest od kilkuset milionów lat stabilne, mamy dowody, że czasami dochodzi tam do wysokoenergetycznych epizodów. Teraz na łamach Nature naukowcy donoszą o odkryciu dwóch bąbli emitujących promieniowanie radiowe i znajdujących się nad oraz pod płaszczyzną Galaktyki.
      Rozmiary obu bąbli wynoszą 140x430 parseków, czyli każda z nich rozciąga się na 700 lat świetlnych. Wiek bąbli oceniono na kilka milionów lat, a całkowitą energię na 7x1052 ergów.
      Naszym czytelnikom z pewnością coś to przypomina. Przed 9 laty informowaliśmy o odkryciu tajemniczych bąbli rozciągających się w obu kierunkach od centrum Drogi Mlecznej. Natura Bąbli Fermiego wciąż nie została wyjaśniona. A odkryte właśnie bąble emitujące promieniowanie radiowe nie są tym samym, co Bąble Fermiego. To zupełnie nowa, nieznana dotychczas struktura i jedna z największych istniejących w centrum Drogi Mlecznej.
      Centrum naszej galaktyki jest dość spokojne w porównaniu z innymi galaktykami. Mimo to, nasza centralna czarna dziura może być czasami niezwykle aktywna, rozbłyskając, gdy wchłonie większe ilości pyłu i gazu. Możliwe, że podczas jednego z takich zdarzeń doszło do potężnego rozbłysku, który utworzył te bąble, mówi astrofizyk Ian Heywood z Uniwersytetu w Oksfordzie.
      Na pierwsze ślady nowo odkrytych struktur trafił w latach 80. ubiegłego wieku astronom Farhad Yusef-Zadeh z Northwestern University, który wraz z kolegami zauważył w centrum galaktyki długie, wąskie dobrze zorganizowane i wysoce namagnetyzowane pasma gazu, rozciągające się na dziesiątki lat świetlnych, których szerokość wynosiła zaledwie rok świetlny. Gaz ten emitował promieniowanie synchrotronowe. Podobnych struktur nigdzie indziej nie zaobserwowano.
      W międzyczasie powstał należący do National Radio Astronomy Observatory południowoafrykański teleskop MeerKAT, złożony z 64 anten. Gdy naukowcy nakierowali go na centrum Drogi Mlecznej zauważyli wspomniane bąble emitujące promieniowanie radiowe. Bąble odkryte przez MeerKAT rzucają nowe światło na pochodzenie pasm gazu, mówi Yusef-Zadeh. Niemal wszystkie z ponad 100 takich pasm znajdują się wewnątrz bąbli radiowych.
      Cała nowo odkryta struktura przypomina klepsydrę, ma wyraźnie zaznaczone ostre krawędzie, jest niezwykle symetryczna. To ta symetria oraz całkowita długość struktury wynosząca 1400 lat świetlnych zdradzają kilka szczegółów na temat struktury. Kształt i symetria wskazują, że wydarzenie, które utworzyło tę strukturę miało miejsce przed kilkoma milionami lat w bezpośrednim pobliżu czarnej dziury. Prawdopodobnie doszło do erupcji wywołanej olbrzymią ilością gazu, który wpadł do czarnej dziury lub też masowym formowaniem się gwiazd, co wywołało falę uderzeniową, która przeszła przez centrum galaktyki. Wskutek tego wydarzenia w gorącym zjonizowanym gazie w pobliżu centrum galaktyki doszło do wygenerowania fal radiowych, które możemy obecnie rejestrować, wyjaśnia William Cotton z National Radio Astronomy Observatory.
      Mimo, że bąble radiowe są mniejsze i mają mniej energii niż Bąble Fermiego, nie można wykluczyć, że obie struktury powstały w wyniku podobnych, może nawet połączonych ze sobą, wydarzeń.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Gwiazdy neutronowe to najbardziej gęste – nie licząc czarnych dziur – obiekty we wszechświecie. Centymetr sześcienny ich materii waży miliony ton. Naukowcy wciąż je badają próbując znaleźć odpowiedzi na wiele pytań. Chcieliby np. dowiedzieć się, jak wyglądają neutrony ściśnięte tak potężnymi siłami czy gdzie leży granica pojawienia się czarnej dziury.
      Naukowcy używający Green Bank Telescope donieśli właśnie o odkryciu najbardziej masywnej gwiazdy neutronowej. Pulsar J0740+6620 ma masę 2,17 większą od masy Słońca, a całość jest upakowana w kuli o średnicy zaledwie 30 kilometrów. To bardzo ważne odkrycie, gdyż z danych dostarczonych przez detektor LIGO, który zarejestrował fale grawitacyjne pochodzące ze zderzenia dwóch gwiazd neutronowych wynika, iż 2,17 masy Słońca to bardzo blisko granicy powstania czarnej dziury.
      Gwiazdy neutronowe są tajemnicze i fascynujące. Te obiekty wielkości miasta przypominają ogromne jądro atomowe. Są tak masywne, że mają dziwaczne właściwości. Gdy dowiemy się, jaka może być ich maksymalna masa, poznamy wiele niedostępnych obecnie faktów z astrofizyki, mówi doktorant Thankful Cromartie.
      Pulsar J0740+6620 tworzy układ podwójny z białym karłem. To właśnie dzięki temu udało się precyzyjnie określić jego masę. Pulsary emitują bowiem z obu biegunów fale radiowe. Emisja ma miejsce w bardzo regularnych odstępach. Jako, że wspomniany pulsar ma towarzysza, to gdy z ziemskiego punktu widzenia znajduje się za nim, obecność białego karła zagina przestrzeń, co powoduje pojawienie się zjawiska znanego jako opóźnienie Shapiro. Z powodu obecności obiektu zniekształcającego przestrzeń, sygnał radiowy musi przebyć nieco dłuższą drogę, by dotrzeć do Ziemi. W omawianym przypadku opóźnienie wynosi około 10 milisekund. To wystarczy, by na tej podstawie wyliczyć masę białego karła. Gdy już ją znamy, z łatwością da się wyliczyć masę towarzyszącego mu pulsara.
      Położenie tego układu podwójnego względem Ziemi stworzyło nam wyjątkową okazję. Istnieje granica, poza którą gęstość we wnętrzu gwiazd neutronowych jest tak wielka, iż grawitacja przezwycięża materię i gwiazda dalej się zapada. Każda kolejna „rekordowo masywna” gwiazda neutronowa, którą odkrywamy, przybliża nas do odkrycia tej granicy i pozwala lepiej zrozumieć zjawiska fizyczne zachodzące przy tak olbrzymich gęstościach, mówi astronom Scott Ransom.
      Badania były prowadzone w ramach programu NANOGrav Physics Frontiers Center.


      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...