После трёх лет обновлений детектор LIGO снова в строю
24 мая лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) начала новый 20-месячный цикл наблюдений после трёхлетнего перерыва. Эти три года LIGO не работала ввиду установки нескольких значимых обновлений. Одна из модернизаций, «квантовое сжатие», уменьшает шум детектора, увеличивая его чувствительность к гравитационным волнам.
Астрономы ожидают, что эта модернизация может удвоить чувствительность LIGO. Это позволит увидеть слияния чёрных дыр более чётко, а также позволит LIGO увидеть более слабые или удалённые слияния. А возможно, он даже сможет обнаружить новые виды слияний, которые не были замечены ранее.
Ещё больше усиливает LIGO присоединение двух других гравитационно-волновых приборов — европейского Virgo и нового японского детектора гравитационных волн Kamioka Gravitational Wave Detector, или KAGRA.
Гравитационные волны — это пульсации самой ткани пространства-времени, распространяющиеся по Вселенной. Их вызывают массивные объекты, движущиеся со значительными ускорениями — к примеру, сталкивающиеся чёрные дыры, сливающиеся нейтронные звезды или взрывающиеся звезды.
LIGO впервые обнаружил гравитационные волны в феврале 2016 года. Те волны породили сливающиеся чёрные дыры:
У LIGO есть два детектора, один из которых расположен в Ханфроде, штат Вашингтон, а другой — в Ливингстоне, штат Луизиана. Каждый детектор состоит из двух бетонных труб, которые соединяются у основания (образуя гигантскую букву L) и тянутся перпендикулярно друг другу на расстояние около 4 км. Внутри труб два мощных лазерных луча, отражаясь от ряда зеркал, могут с высокой точностью измерить длину каждого рукава. Когда сильная гравитационная волна проходит мимо LIGO, зеркала смещаются на субатомном уровне, всего на несколько тысячных долей ширины протона.
С 2015 года LIGO провёл три цикла наблюдений. Первый запуск длился около четырёх месяцев, второй — около девяти месяцев, а третий — 11 месяцев, прежде чем пандемия COVID-19 заставила приостановить работу проекта. Начиная со второго запуска, LIGO проводил наблюдения совместно с Virgo.
К концу третьего запуска в марте 2020 года исследователи из коллаборации LIGO и Virgo обнаружили около 90 гравитационных волн от слияния чёрных дыр и нейтронных звёзд.
Член команды LIGO Чад Ханна рассказал о новой модернизации квантового сжатия, в ходе которой в детектор была добавлена оптическая полость длиной 300 метров. Сжатие позволяет учёным уменьшить шум детектора, используя квантовые свойства света. По словам Ханны, благодаря этой модернизации, а также усовершенствованию используемого программного обеспечения, команда LIGO сможет обнаруживать гораздо более слабые гравитационные волны, чем раньше.
Кимберли Бертник из Калтеха говорит, что после усовершенствования алгоритма команда LIGO достигла «целевой чувствительности» в 160–190 мегапарсек (Мпк) для слияний нейтронных звёзд, что означает, что именно на таком расстоянии LIGO может обнаружить их столкновение. Чувствительность Virgo составляет 80–115 Мпк, а KAGRA, «использующий уникальную перспективную, но сложную технологию обнаружения», должен работать с чувствительностью более 1 Мпк.
