Физики усомнились в готовности европейского детектора гравитационных волн

Фотография гравитационной обсерватории Virgo — интерферометра Майкельсона с трехкилометровыми плечами

Virgo

Физики из коллабораций LIGO и Virgo высказали опасения о том, что европейский детектор гравитационных волн не успеет присоединиться к интерферометрам LIGO в новом сезоне наблюдений. По мнению специалистов, устранение источников шумов, существующих в детекторе потребует еще нескольких месяцев. Торжественное открытие улучшенного детектора Advanced Virgo назначено на 20 февраля. Об этом сообщает журнал Science.

Гравитационные волны — волны колебаний геометрии (метрики) пространства-времени. Они приводят к тому, что расстояния между точками пространства определенным образом изменяются во времени. Чтобы породить такую волну необходимы плотные и массивные небесные тела, движущиеся с ускорением определенным образом — например, пара нейтронных звезд или черных дыр, вращающихся и сближающихся между собой. Однако даже крупные объекты, черные дыры с массами порядка десятков Солнц, генерируют очень слабые волны, изменяющие расстояния на величины порядка 10-21 (секстиллионных долей). 

Чтобы заметить такие изменения физики предложили использовать гигантские интерферометры Майкельсона. Это приборы, состоящие из двух перпендикулярных оптических плеч длиной несколько километров. Свет от лазера накачки распределяется между этими плечами и, затем, отражаясь от системы зеркал снова складывается. При этом происходит интерференция — интенсивность получившегося пучка очень сильно зависит от малейших колебаний длины оптических плеч. Гравитационная волна, достигая интерферометра, вызывает колебания расстояния между массивными зеркалами — в 4-километровом LIGO смещение составляет всего одну тысячную зарядового радиуса протона — возникает характерный периодический затухающий сигнал.

Для гравитационной астрономии важно не только детектировать наличие сигнала, но и определить его источник. Для одиночного детектора это невозможно. LIGO состоит из двух интерферометров, расположенных на расстоянии 3000 километров друг от друга, совместная работа приборов позволяет указать на полосу в небе, откуда, вероятно, пришла волна. Для точной триангуляции необходимы данные с третьего детектора — относительная задержка сигнала из-за ограниченности скорости распространения гравитационных волн. Ожидается, что им станет Advanced Virgo, расположенный неподалеку от итальянской Пизы. 

Последние пять лет детектор находился на плановом обновлении и 20 февраля запланировано его торжественное открытие. Однако как сообщает Science со ссылкой на экспертов коллабораций, возможно Virgo не сможет присоединиться к LIGO в нынешнем сеансе наблюдений (декабрь 2016 - май 2017), как это было запланировано. Виной тому технические проблемы, с которыми столкнулись инженеры детектора. 

В ходе обновления зеркала в плечах интерферометра были заменены на более массивные. Так как любые вибрации могут сказаться на чувствительности прибора (землетрясения, вибрация от поездов, морской прибой) то очень важной оказывается система их гашения. Для этого в Virgo используется специальная система подвесов. Для увеличения чувствительности использовавшиеся ранее для фиксации зеркал стальные нити заменили на 0,4-миллиметровое стекловолокно — это должно было снизить механические и температурные шумы. Но оказалось, что спустя несколько дней или недель после подвешивания нити начинали рваться. Расследование показало, что тому виной микроскопические частицы, оседавшие на волокна и вызывавшие возникновение микротрещин. Инженерам пришлось вновь вернуться к «шумным» стальным нитям.  

Ожидается, что чувствительность Virgo в такой конфигурации составит по меньшей мере четверть от чувствительности LIGO. Как отмечает Science, сильнее всего от использования стальных нитей пострадает чувствительность к волнам низких частот — подобным тем, которые порождаются столкновениями черных дыр. Именно такие волны зафиксировала LIGO в сентябре 2015 года. 

Чтобы присоединиться к LIGO европейской гравитационной обсерватории потребуется достичь определенного порога чувствительности. На устранение источников шумов, по словам Лизы Барзотти из MIT, члена комитета по планированию совместной работы LIGO и Virgo, уйдут месяцы. Это делает почти невозможным присоединение Virgo к LIGO, запланированное на март, пишет Science. По словам Барзотти, сеанс наблюдений LIGO может быть продлен на один-два месяца, чтобы Virgo успел поучаствовать в совместных наблюдениях. Если же этого не произойдет, то совместные наблюдения коллабораций начнутся не раньше весны 2018 года. Ожидается что к этому моменту на Virgo снова будут установлены стекловолоконные подвесы.

Помимо Virgo идет строительство еще нескольких сверхчувствительных гравитационных обсерваторий-интерферометров, которые присоединятся к исследованию предсказанных Эйнштейном волн. Так, уже в 2019 году запланировано введение в эксплуатацию японского KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector). Ровно год назад было подписано соглашение о строительстве аналога LIGO в Индии — он войдет в строй в 2024 году. Уже сейчас идет тестирование технологий для космической гравитационной обсерватории LISA — ее длина плеч составит миллион километров. Пуск тройки спутников предварительно запланирован на 2034 год.

Владимир Королёв

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.