[LIGO logo]
>

Накануне открытия гравитационных волн

Узнайте более подробно!


 
 
 


 
 
 
 
 

Что такое LIGO ?

LIGO  это находящийся в стадии реализации проект решения одной из загадок науки -
существуют ли гравитационные волны ? Существование их предсказывают уравнения, описывающие свойства тяготения.
Лазерно- интерферометрический детектор для детектирования гравитационных
волн (LIGO) будет представлять собой сложный комплекс оборудования для
обнаружения космических гравитационных волн и использования этих волн для научных исследований. Оно будет состоять из двух сооружений , расположенных в
двух местах в США , используемых вместе. В будущем эта обсерватория будет открыта
для использования национальным сообществом и станет частью запланированной
всемирной сети обсерваторий для наблюдения гравитационных волн..

Кто создает LIGO?

LIGO создается командой ученых из Калифорнийского Институт Технологии и Технологического института Штата Массачусетс . Опытные образцы лазера - для интерферометрических гравитационных датчиков волны были построены и работают в обоих учреждениях.
LIGO финансируется Национальным Научным Фондом (NSF) США .

Что такое гравитационные волны?

Гравитационные волны - это "зыби" в структуре пространства и времени, вызываемые сильными космическими катастрофами , например столкновением двух черных дыр или  взрывом  звезды. Гравитационные волны испускаются ускоренными массами, подобно тому, как электромагнитные волны вызываются ускоренными зарядами . Эти зыби в ткани пространства-времени движутся к Земле, принося с собой информацию об источниках, вызвавших их, и о природе тяготения .
Альберт Ейнштейн предсказал существование этих гравитационных волн в
1916 в его общей теории относительности, но только теперь, в 1990-ых,
технология стала достаточно совершенной, чтобы попытаться обнаружить их
и использовать для науки. Хотя они еще не были обнаружены непосредственно,
влияние гравитационных волн на двойной пульсар (две нейтронных звезды вращающиеся друг около друга ) наблюдается и находится в хорошем согласии с предсказаниями. Джозеф Тейлор и Рассел Халш были удостоены  в 1993 году Нобелевской премии за открытие таких двойных пульсаров). Поэтому ученые уверены, что гравитацонные волны существуют.

Каковы научные цели LIGO?

LIGO будет использоваться для исследования природы силы тяжести, и это откроет совершенно новое окно во Вселенную. Это будет новым научным инструментом и для физики и для астрономии.

Ожидаемые результаты для физики:

Общая теория относительности описывает силу тяжести как проявление кривизны
пространства - времени. Это описание согласуется с наблюдениями в солнечной системе, где сила тяжести невелика и изменяется медленно из-за орбитальных движений планет и их спутников. LIGO разрешит ученым проверять это описание для быстро измененяющихся , динамических плей тяготения (зыби пространство-времени, обусловленные гравитационными волнами), а также для чрезвычайно сильной, динамической силы тяготения двух черных дыр, когда они сталкиваются.

Более определенно, LIGO имеет возможность:

* Проверить непосредственно предсказание общей относительности, что гравитационные волны существуют.

* Проверить предсказание общей относительности, что эти волны распространяются в той же самой скорости как свет, и что гравитон (квант гравитационного поля ) и меют нулевую массу покоя.

* Проверить предсказание общей относительности, что силы, которые волны
оказывают на материальные тела направлены перпендикулярно направлению
распространения волн , растягивая его в одном направлении и сжимая в другом,
а также проверить предсказание общей теории относительности, что гравитон
имеет два состояия поляризации.

* Проверить, что черные дыры существуют, а также проверить предсказания
общей относительности о быстрых пульсациях кривизны пространства-времени
, сопровождающих столкновение двух черных дыр. Это будет наиболее строгий
тест теории Эйнштейна из всех существующих до настоящего времени .

Ожидаемые результаты для астрономии:

Почти вся наша существующая информация относительно удаленной Вселенной поступает к нам посредством электромагнитных волн, излучаемых удаленными телами.
До 1940-ых , единственные такие волны, доступные для астрономов были световые волны; и оптические телескопы, позволили нам изучать планеты, звезды и галактики.
В 1940-ые, 1950-ые, и 1960-ые, новые технологии привели к созданию радиотелескопов , инфракрасных и рентгеновских телескопов, которые детектирут космические электромагнитные волны , с длиной волны, отличной от видимого света . Именно потому, что их длина отличалась от длины волны видимого глазом излучения, они принесли нам новую информацию о Вселенной, позволили нам обнаружить такие объекты как пульсары, квазары, увидеть процесс рождения звезд. Гравитационные волны, будучи радикально отличными от электромагнитных волн, имеют имеют возможность произвести иную революцию в нашем понимании Вселенной .

В частности, они могут показать нам:

* Слияние пар нейтронных звезд (звезд, состоящих из почти чистого ядерного материала); а также в некоторых случаях взрыв слившихся звезд, результатом чего может стать образование черной дыры.

* Поглощение нейтронной звезды черной дырой, столкновения и соединения черных дыр.

* Рождение нейтронной звезды при взрыве новой звезды, а также пульсации и
вращение этой новорожденной нейтронной звезды.

* Процессы в нейтронных звездах, аналогичные землетрясениям, и влияние таких процессов на форму звезды и ее вращение.

* Гравитационные волны, рожденные в далеком прошлом, в ещё горчей (после Большого Взрыва) Вселенной .

* Открытия , о которых ученые ейчас еще не подозревают.

Как выглядит гравитационно-волновой детектор?

Чем больший датчик гравитационной волны, тем более чувствительным он будет.
Чтобы обнаружить самые слабые волны, которые предсказаны, необходимы
два сооружения, образованные двумя 4-футовыми вакумироваными трубами
в форме буквы "L " , длина каждой должна равняться 4 километра.
Так как гравитационные волны беспрепятственно проникают через землю,
эти сооружения не должны быть направлены на небо и будут полностью
закрыты защитным слоем бетона. В вершине L и в конце каждых из
труб будет находиться пробные массы , подвешенные на проводах
, а также - зеркала.
Одно из двух зданий, расположенных у краев буквы L , будет главным.
Здесь будут находиться все необходимое техническое оборудование.
Ультраустойчивые лазерные лучи, многократно (туда и обратно) пробегающие
путь внутри труб , будут измерять воздействие гравитационных волн на
пробные массы .

Как будут детектроваться гравитационные волны?

Гравитационные волны - зыби в ткани пространство-времени. Когда они
попадают LIGO датчик, они изменяют расстояние между пробными массами  .
Эти изменения очень малы. Если использовать в качестве единицы длины волны
миллионную часть атома водорода, то эти изменеия могут составлять сто таких
единиц длины ( даже при расстоянии между пробными массами - 4 км).
Эти крошечные изменения расстояний между пробными массами можно
обнаружить, тщательно изолируя пробные массы от сейсмических колебаний,
влияния молекул воздуха и то - только благодаря явлению интерференции лазерных
лучей при таком большом расстоянии между пробными массами,

Почему необходимы два детектора ?

По крайней мере два датчика, расположенные в двух удаленных местах необходимы для уверенного обнаружения гравитационных волн. Местные явления типа микро-землетрясений, акустического шума, и лазерных флуктуаций могут приводить к эффектам, которые  сами по себе очень похожи на влияние на детектор гравитационых волн .  Однако очень маловероятно, чтобы такие случайные воздействия произошли одовременно на двух значительно удаленных друг от друга детекторов.

Где находятся две монтажные площадки?

В результате открытого конкурса , NSF были избраны участки около Livingston, (штат Луизиана) , и в Hanford ( штат Вашингтон), для сооружений LIGO.
Участки, которые отделены расстоянием почти в 2 тысячи миль, являются достаточными , чтобы разместить столь большие (4км) интерферометры . Они , кроме того, являются сейсмически "тихими".

Каковы перспективы для международного сотрудничества?

Чтобы определять (триангуляцией) точную астрономическую локализацию
источников гравитационных  волн, и извлекать иную информацию, которую приносят волны , необходимо больше, чем два детектора . Поэтому LIGO будет использоваться как часть международной сети обсерваторий, созданной  учеными в других странах.
LIGO будет основная компонента этой сети. Ученые во Франции и Италии работают над созданием детектора с  базой три километра около Pisa, в Италии. Аналогичные работы ведутся совместно учеными Англии и Германии, Японии и Австралии.

Когда будет LIGO начнет действовать ?

Построение основных средств обслуживания выполнено в 1998-1999 годах,
а начнут действовать детекторы в 2000 году.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Авторы страницы

 Пацера Юрий Иванович
Сайт создан в системе uCoz