COLUMBUS, Ohio - A 2,5 mérföld hosszú gravitációs hullámdetektor nem hűvös. Tudod mi a jó? 25 mérföld hosszú gravitációs hullámdetektor.
Ez a tárgyalások sorozatának eredménye, amelyet itt szombaton (április 14-én) tartottak az Amerikai Fizikai Társaság áprilisi ülésén. A gravitációs hullámdetektorok következő generációja egészen a megfigyelhető világegyetem külső széléig fordul, hullámokat keresve a téridő nagyon szövetében, amire Einstein azt jósolta, hogy akkor fordul elő, amikor olyan masszív tárgyak, mint a fekete lyukak ütköznek egymással. De még mindig vannak jelentős kihívások, amelyek építésük útjában állnak - mondta az előadók a közönségnek.
"A jelenlegi érzékelők nagyon érzékenyek lehetnek" - mondta Matthew Evans, a MIT fizikusa. "És ez igaz, de ők a legkevésbé érzékeny detektorok, amelyekkel észlelhetik a gravitációs hullámokat."
A jelenlegi érzékelők természetesen semmi sem tüsszöghetnek. Amikor a 2,5 mérföld hosszú (4 kilométeres) lézerinterferométer Gravitációs Hullám Megfigyelőközpont (LIGO) először 2015-ben észlelte a téridő növekedését és csökkenését - a két fekete lyuk közötti 1,3 milliárd éves törés gravitációs visszhangja - bebizonyította a hatalmas, láthatatlan gravitációs hullámok létezését, amelyek valaha teljesen elméleti jellegűek voltak, és mindössze két év alatt Nobel-díjhoz vezetett a LIGO alkotói számára.
A LIGO és az unokatestvére, az 1,9 mérföld hosszú (3 km) olasz hangszer, a Virgo, alapvetően korlátozottak. Mindkét detektor ténylegesen képes a gravitációs hullámok észlelésére olyan tárgyaktól, amelyek viszonylag a Föld közelében vannak az egész univerzum skáláján - mondta a MIT fizikus, Salvatore Vitale. A tárgyak típusa korlátozott, amelyek felismerhetők.
Eddig csak két fő eredmény történt az interferométerek jelenlegi generációja során: a fekete lyuk összeolvadásának 2015-ös észlelése és a két neutroncsillag összecsapásának 2017. augusztusának észlelése (szintén forró téma a konferencián). Még néhány fekete lyukkal történő ütközés történt észlelésében, ám ezek nem sokat kínáltak az elképesztő eredmények elérése érdekében az első észlelés tetején.
Építsen méretarányos, pontosabb LIGO-kat és Virgos-ot, vagy másfajta nagyszabású detektorot, az úgynevezett "Einstein-távcsövet" - mondta Evans -, és a hullámdetektálás sebessége néhány havonta egyről több mint egy millióra ugrhat évente. .
"Amikor azt mondom, hogy ezek az érzékelők kivezetnek minket az univerzum szélére, úgy értem, hogy szinte minden bináris rendszert fel tudnak fedezni, amely összeolvad" - mondta. Csillagok, fekete lyukak és neutroncsillagok összecsapására utalva.
Ez azt jelenti, hogy fel lehet fedezni a fekete lyukakat a világegyetem nagyon korai éveiből, feltérképezni a gravitáció mély rejtélyeit, sőt először is fel lehet fedezni egy csillag gravitációs hullámait, amely szupernóvá válik, és összeomlik egy neutron csillagba vagy fekete lyukba. .
A nagyobb jobb
Miért vezetnek nagyobb detektorok érzékenyebb gravitációs hullámok kereséséhez? Ennek megértéséhez meg kell értenie, hogy ezek az érzékelők hogyan működnek.
A LIGO és a Szűz, ahogyan a Live Science korábban beszámolt, alapvetően óriási L alakú uralkodók. Két alagút merőlegesen derékszögben helyezkedik el egymástól, lézerekkel, hogy rendkívül finom, pillanatról pillanatra megmérjék az alagutak hosszát. Amikor egy gravitációs hullám áthalad az érzékelőn, és maga maga a teret kigyullad, ez a hosszúság megváltoztat egy apró darabot. Ami egy mérföld volt, röviden, kissé kevesebb, mint egy mérföld. És a lézer, amely kissé gyorsabban halad ezen a rövidebb távolságon, azt mutatja, hogy a változás megtörtént.
Ennek a mérésnek azonban korlátozása van. A legtöbb hullám túlságosan hullámzik a lézerrel ahhoz, hogy az interferométerek észrevegyék. Evans azt mondta, hogy a LIGO és a Virgo meglévő alagutakban a detektálási technológia fejlesztése némileg javíthatja a kérdéseket - mondta Evans, és erre készülnek terv. De a jel erősítéséhez - mondta - az egyetlen lehetőség, hogy sokkal nagyobb legyen.
A következő lépés egy L alakú detektor, amely 24,86 mérföld hosszú (40 km) fegyvert tartalmaz, tízszerese a LIGO méretének - mondta Evans. A javaslatot "kozmikus felfedezőnek" hívta. Elég nagy lenne ahhoz, hogy szinte bármit észleljen, amelyet egy gravitációs hullámdetektor észlelhet - mondta, de nem olyan nagy, hogy a mögöttes fizika szétesni kezd, vagy a költségek elfogadhatatlanul magasak legyenek, még egy ilyen szemhéjjal járó drága tudomány esetében is. projektben. (A LIGO végső költsége több száz millió dollárba esett.)
Akkor miért egy ilyen méretű detektor, nem pedig kétszer vagy tízszer nagyobb?
Evans szerint egy bizonyos ponton, kb. 40 km hosszú, kb. 24,86 mérföld (hosszú) ahhoz, hogy a fény áthaladjon az alagút egyik végéről a másikra, hogy a kísérlet homályossá váljon, az eredmények inkább kevésbé pontosak, mint inkább többek.
Legalább ugyanolyan kihívást jelentenek a költségek. A LIGO és a Szűz elég kicsi, hogy a Föld görbülete nem jelentett jelentős kihívást az építkezésen - mondta Evans. De karonként 40 km-re (24,86 mérföld), az egyes alagutak végeinek talajszintre helyezése azt jelenti, hogy az alagutak középpontjainak 30 méterre 98,43 láb (10 m) alatt kell lenniük (feltételezve, hogy a talaj tökéletesen vízszintes).
"Több mint 40 kilométer - mondta Evans - a szennyeződés tényleges távolsága kezdi a költségeket."
Az alapvető probléma az is, hogy egy olyan nagy üres helyet találjon, amely elég nagy ahhoz, hogy ilyen nagy detektorot felépítsen. Evans szerint Európában alapvetően sehol nincs elég nagy, és az Egyesült Államokban a lehetőségek az Utah-i Nagy Só-tó és a Nevada-i Black Rock sivatag régiójára korlátozódnak.
Ezek az űrkutatások vezetik az alternatív, masszív gravitációs hullámdetektor kialakítását, az úgynevezett Einstein-távcsövet. Míg Evans szerint az L alak a legjobb módszer a gravitációs hullám mérésére, három alagútból és több detektorból álló háromszög majdnem ugyanolyan jó munkát képes elvégezni, miközben sokkal kisebb helyet foglal el, ideális Európa földrajzi korlátozásaihoz.
Ezek a detektorok még mindig 15-20 évre vannak a befejezéstől - mondta Vitale, és az ehhez szükséges technológiát még nem találták meg. Ennek ellenére ő és Evans egyaránt azt mondták az összegyűlt tudósoknak, hogy "itt az idő", hogy elkezdjenek munkát velük. Vitale szerint már nyolc munkacsoport készít jelentést az ilyen hatalmas eszközök tudományos megalapozásáról, amelynek várható ideje 2018 decemberében várható.
A közönség egy tagja megkérdezte Evans-t, hogy van-e értelme építeni például egy 5 mérföld hosszú (8 km) érzékelőt, miközben egy igazi Cosmic Explorer vagy a teljes méretű Einstein-távcső több mint egy évtized távolságra van.
Ha finanszírozási bizottságban lenne, akkor nem hagyná jóvá ezt a projektet, mert a LIGO méretének megduplázódásából származó tudományos eredmények nem olyan nagyok - mondta Evans. Egy ilyen projekt költségeit csak az alagút méretének felső határánál lehet indokolni - tette hozzá.
"Hacsak nem tudtam volna valamilyen okból, az egyszerűen nem éri meg - mondta.
Ennek ellenére, Vitale mondta, ez nem azt jelenti, hogy a tudósoknak 15-20 évig kell várniuk a gravitációs hullám eredményeinek következő fő szakaszára. Mivel a jelenlegi léptékben több detektor csatlakozik az internethez, köztük a szűz méretű Kamioka gravitációs hullámdetektor (KAGRA) Japánban és a LIGO méretű LIGO-India, és ahogy a meglévő detektorok javulnak, a kutatóknak lehetősége nyílik az egyedi gravitációs hullámok mérésére. több szögből egyszerre, lehetővé téve több észlelést és részletesebb következtetéseket arról, hogy honnan származnak.
