Сегодня, 10 апреля 2024 года, в 19:00 по московскому времени детекторы LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) в Америке и Virgo в Италии снова включатся и останутся включенными до февраля 2025 года.
Фактически начинается новый цикл наблюдений, 04b, в течение которого интерферометры будут слушать космос, ища сигналы гравитационных волн, пульсаций пространства-времени, порожденных особо энергичными космическими событиями.
Последний цикл, 04a, начался 24 мая 2023 года и закончился 16 января 2024 года, но в нем был активен только LIGO. Теперь за дело возьмется Virgo, расположенный в Каскине в провинции Пиза, Италия. До конца наблюдательной сессии также прибудет интерферометр KAGRA (KAmioka GRAvitational Wave Detector) в Японии.
От Эйнштейна до первого сигнала
Гравитационные волны были предсказаны в 1916 году как волновые решения линеаризованного уравнения поля Эйнштейна в рамках общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Согласно этой теории, кривизна и искажение пространства-времени связаны с распределением массы и энергии. Поэтому во время космических событий, когда огромные массы резко меняют свое распределение (например, при взрыве сверхновых или столкновении компактных объектов), пространство-время испытывает колебания.
Художественная иллюстрация двух черных дыр, вращающихся вместе и создающих в процессе гравитационные волны.
Эта ударная волна распространяется волнообразно, и сигнал, являющийся формой излучения, может быть обнаружен. LIGO и Virgo состоят из перпендикулярных рукавов длиной 3-4 км — туннелей, через которые проходят лазерные лучи. Когда гравитационные волны проходят через Землю, они деформируют пространство-время, почти незаметно изменяя длину рукавов. Детектор измеряет разницу фаз между лазерными лучами, отраженными зеркалами на концах рукавов, и таким образом измеряет гравитационные волны.
Первое обнаружение произошло 14 сентября 2015 года в 12:50:45 по московскому времени, причем LIGO и Virgo совпали во времени на 10 миллисекунд. Объявление об этом открытии было сделано 11 февраля 2016 года.
Сигнал, обнаруженный LIGO и Virgo, состоял в наблюдении волны, испущенной в последнюю долю секунды процесса слияния двух черных дыр, находящихся на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет друг от друга.
К LIGO и Virgo также присоединится KAGRA
Со временем родилась Международная сеть обсерваторий гравитационных волн (IGWN). Это сеть гравитационно-волновых интерферометров, частью которой являются LIGO, Virgo, интерферометр KAGRA в Японии и Geo600 в Германии, а также будущий объект LIGO в Индии.
Программа наблюдений всех этих детекторов делится на наблюдательные циклы, периоды простоя для строительства и ввода в эксплуатацию, а также переходные циклы между вводом в эксплуатацию и наблюдательными циклами. Во время наблюдательных циклов будут периоды скоординированной деятельности между различными обсерваториями.
В цикле 04b будут сотрудничать LIGO, Virgo и KAGRA. Первые две будут введены в эксплуатацию сегодня в 15:00 UTC. KAGRA также должна была присоединиться к проекту сегодня, однако ее ввод в эксплуатацию пришлось отложить из-за землетрясения магнитудой 7,6 на полуострове Ното 1 января 2024 года, в 120 км от места расположения KAGRA.
Повреждения туннеля, вакуумной системы и криогенной системы были незначительными, но 9 из 20 систем подвеса зеркал нуждаются в ремонте, что потребует задержки как минимум на шесть месяцев по сравнению с предыдущим планом, пишет EGO (Европейская гравитационная обсерватория).
Один из двух туннелей интерферометра KAGRA в Японии во время его строительства. На переднем плане видна вакуумная трубка одного из плеч лазерного интерферометра.
Цели этого цикла
К концу цикла, запланированного на еще не согласованную дату — февраль 2025 года, LIGO и Virgo намерены измерить не менее 200 сигналов гравитационных волн. Ученые надеются, что им удастся обнаружить события с несколькими мессенджерами, в которых будет зафиксирован не только сигнал гравитационной волны, но и возможность с помощью других телескопов на Земле или в космосе измерить световой сигнал, связанный с событием, породившим эту волну.
Присутствие Virgo может существенно изменить ситуацию, но также и модернизация приборов. За эти три месяца работы детекторы LIGO в Хэнфорде (штат Вашингтон) и Ливингстоне (штат Луизиана) подверглись техническому обслуживанию и модификации. В частности, были усовершенствованы оптические системы, посылающие лазерное излучение, а также системы отслеживания и изоляции источников шума в вакуумных камерах в экспериментальных помещениях на концах 4-километровых рукавов.
Новые, более точные модели сигналов и более совершенные методы анализа данных также увеличат шансы на то, что в результате анализа данных появится новая интересная информация, например, полезная для расширения наших знаний о стохастическом фоне гравитационных волн, вызванном случайной суперпозицией гравитационных волн, порожденных на ранних стадиях рождения Вселенной.
Планируемая продолжительность цикла 04 составляет в общей сложности 18 месяцев, не считая перерыва с января по сегодняшний день на пусконаладочные работы. Только за первые семь с половиной месяцев LIGO выявил 81 высоковероятный кандидат на гравитационное событие. Огромный объем собранных данных все еще анализируется.
