A LIGO és a Virgo ismét téridő-fodrozódásokat keres
Sajtóközlemény
2019. április 2.
A National Science Foundation által finanszírozott LIGO - a Lézerinterferometriás Gravitációshullám-obszervatórium - április 1-jén ismét elkezd gravitációs hullámokra - a téridő fodrozódásaira - vadászni azután, hogy a lézerei, tükrei és további más komponensei továbbfejlesztéseken mentek keresztül. A LIGO, amely egy Washington államban és egy Louisiana államban lévő detektorból áll, az előző adatgyűjtő időszakához képest mintegy 40%-kal megnövelt együttes érzékenységgel működik. A detektorok így az univerzum még nagyobb térfogatában képesek megfigyelni az olyan nagyenergiájú, gravitációs hullámokat kibocsátó eseményeket, mint amilyenek például a fekete lyukak összeolvadásai.
A jelkereséshez az európai Virgo gravitációshullám-detektor is csatlakozik, amely Olaszországban az Európai Gravitációs Obszervatóriumban (az EGO-ban) található. A Virgo csaknem megkétszerezte az érzékenységét a legutóbbi megfigyelési időszak óta, és szintén április 1-jén kezdi újra a működését.
A LIGO az Advanced LIGO fejlesztési program után, 2015-ben történelmet írt, amikor először észlelt gravitációs hullámokat. Az akkor észlelt téridőrezgéseket két egymás körül keringő, majd összeütköző fekete lyuk bocsátotta ki, tőlünk 1,3 milliárd fényévnyi távolságra. A felfedezésért a LIGO három kulcsszerepet játszó kutatója – Barry C. Barish és Kip Thorne, a Caltech emeritusz professzorai, valamint Rainer Weiss, az MIT emeritusz professzora – 2017-ben fizikai Nobel-díjban részesült.
A LIGO-Virgo detektorrendszer azóta kilenc további feketelyuk-ütközést észlelt, egy alkalommal pedig neutroncsillagok ütközését is detektálta. Ez a GW170817-nek elnevezett ütközési esemény nemcsak gravitációs hullámokat, de látható fényt is kibocsátott, amelyet földi és űrbe telepített teleszkópok tucatjai is megfigyeltek.
A most induló LIGO-Virgo közös adatgyűjtés alatt várhatóan még több feketelyuk-összeolvadást és további olyan különleges eseményeket figyelhetünk meg, mint amilyen például a neutroncsillagok összeolvadása, vagy egy fekete lyuk és egy neutroncsillag ütközése – amit ezidáig még nem sikerült megfigyelni. A műszerek érzékenységét jellemezhetjük azzal is, hogy milyen messziről képesek megfigyelni két neutroncsillag összeütközését. Ez a távolság a most induló megfigyelési időszak alatt átlagosan 550 millió fényév lesz, ami több, mint 190 millió fényévvel nagyobb a korábbi átlagnál.
Ilyen érzékenység elérésében a detektorok lézere kulcsfontosságú szerepet játszik. Mindkét LIGO detektor két 4 kilométer hosszú karból áll, amelyek együtt egy L-alakú interferométert képeznek. Az L-alak sarkából kibocsátott lézersugarak a karok végén elhelyezett tükrökről visszaverődnek, majd a sarokpontba visszaérve újraegyesülnek. Egy áthaladó gravitációs hullám váltakozva megnyújtja majd összehúzza a teret, szinte felfoghatatlanul kis változásokat okozva abban az úthosszban, amelyet a két lézersugár befut, és ezáltal a hullám módosítja a lézernyalábok újraegyesülését. Az április 1-jén induló megfigyelési időszakban a lézerek teljesítményét megdupláztuk, így a távolságváltozásokat azok még pontosabban tudják kimutatni, ezáltal pedig nagyobb távolságból is képesek leszünk gravitációs hullámok észlelésére. A további fejlesztések között szerepelt a LIGO nyolc tükre közül ötnek a lecserélése jobb tulajdonságokkal rendelkező változatokra.
A mostani megfigyelési időszak alatt kisebb lesz a detektorokban megjelenő ún. kvantumzaj. A kvantumzajt a fotonok véletlenszerű fluktuációi okozzák, ami bizonytalanságokhoz vezet a mérésben, és ami miatt a gyengébb gravitációs hullámok rejtve maradhatnak. Az Ausztrál Nemzeti Egyetemen kifejlesztett, és a GEO600 detektorban 2010 óta rutinszerűen alkalmazott ,,préselt fény'' technika segítségével hangolni tudjuk a fotonok különböző tulajdonságainak bizonytalanságait, és csökkenteni tudjuk a fotonok fázisbizonytalanságát (ami kritikus a LIGO számára), miközben a fotonok amplitúdóbizonytalansága (ami a mérésben kevésbé fontos) megnő.
A LIGO-t az NSF támogatja, a Caltech és az MIT működteti, akik egyben a projekt ötletgazdái és megépítői. Az Advanced LIGO projekt vezető pénzügyi támogatója az NSF volt, Németország (Max Planck Társaság), az Egyesült Királyság (Tudomány és Technológiai Testület), és Ausztrália (Ausztrál Kutatási Tanács) szintén jelentős kötelezettségvállalást és hozzájárulást adott a projekthez.
A programban több mint 1200 tudós vesz részt a világ minden tájáról a LIGO Scientific Collaboration együttműködésen keresztül, amely a GEO Kollaborációt is magába foglalja. A további partnerek listája itt található.
A Virgo kollaboráció több, mint 280 fizikusból és mérnökből áll, akik 20 különböző európai kutatócsoporthoz tartoznak: hat csoport a franciaországi Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), nyolc az olaszországi Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), kettő a hollandiai Nikhef tagja; további tagok az MTA Wigner KKP Magyarországon, a POLGRAW csoport Lengyelországban, a Valenciai Egyetem Spanyolországban, és az EGO, ami az olaszországi Pisa mellett működő Virgo detektor anyaintézete. Részletes információk a Virgo Kollaborációról itt; valamint a Virgo projektről itt.
A LIGO-Virgo Kollaboráció magyarországi tagcsoportjai:
Eötvös Loránd Tudományegyetem, LIGO tagcsoport
Csoportvezető: Frei Zsolt
Tel.: +36-1 372-2767
Email: frei@alcyone.elte.hu
Web: egrg.elte.hu
Raffai Péter
szenior tag
Tel.: +36-1 372-2751
praffai@caesar.elte.hu
Web: egrg.elte.hu
Szegedi Tudományegyetem, LIGO tagcsoport
Csoportvezető: Gergely Árpád László
Honlap ITT
Wigner Fizikai Kutatóközpont, Virgo tagcsoport
Csoportvezető: Vasúth Mátyás
Honlap ITT
.
