Детектор гравитационных волн
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Детектор гравитационных волн (гравитационный телескоп) — устройство, предназначенное для регистрации гравитационных волн. Гравитационные волны, образующиеся, например, в результате слияния двух чёрных дыр где-то во Вселенной, вызовут чрезвычайно слабое периодическое изменение расстояний между пробными частицами, вследствие колебания самого пространства, которое и будут регистрировать детекторы.
Наиболее распространены два типа детекторов гравитационных волн. Один из типов, впервые реализованный Джозефом Вебером (Мэрилендский университет) в 1967, представляет собой гравитационную антенну — как правило, это металлическая массивная болванка, охлаждённая до низкой температуры. Размеры детектора при падении на него гравитационной волны изменяются, и если частота волны совпадает с резонансной частотой антенны, амплитуда колебаний антенны может стать настолько большой, что колебания можно детектировать. В пионерском эксперименте Вебера антенна представляла собой алюминиевый цилиндр длиной 2 м и диаметром 1 м, подвешенный на стальных проволочках; резонансная частота антенны составляла 1660 Гц, амплитудная чувствительность пьезодатчиков — 10-16 м. Вебер использовал два детектора, работавших на совпадения, и сообщил об обнаружении сигнала, источником которого с наибольшей вероятностью был центр Галактики. Однако независимые эксперименты не подтвердили наблюдений Вебера. Из действующих в настоящее время детекторов по такому принципу работает сферическая антенна MiniGRAIL (Лейденский университет, Голландия), а также антенны ALLEGRO, AURIGA, EXPLORER и NAUTILUS.
В другом типе экспериментов по детектированию гравитационных волн измеряется изменение расстояния между двумя пробными массами с помощью лазерного интерферометра Майкельсона. В двух длинных (длиной в несколько сот метров или даже километров) перпендикулярных друг другу вакуумных камерах подвешиваются зеркала. Лазерный луч расщепляется, идёт по обеим камерам, отражается от зеркал, возвращается обратно и вновь соединяется. В «спокойном» состоянии длины подобраны так, что эти два луча после воссоединения в полупрозрачном зеркале гасят друг друга (деструктивно интерферируют), и освещённость фотодетектора оказывается нулевой. Но стоит лишь какому-нибудь из зеркал сместиться на микроскопическое расстояние (причём речь идёт о расстоянии на порядки меньше световой волны — о тысячных долях размера атомного ядра), как компенсация двух лучей станет неполной и фотодетектор уловит свет.
В настоящее время гравитационные телескопы такого типа работают в рамках американо-австралийского проекта LIGO (наиболее чувствительный), немецко-английского GEO 600, японского TAMA и итальянского VIRGO:
| Проект | Расположение телескопа | Длина плеча |
|---|---|---|
| TAMA | Токио, Япония | L = 300 м |
| GEO 600 | Ганновер, Германия | L = 600 м |
| VIRGO | Пиза, Италия | L = 3 км |
| LIGO | Хенфорд, шт. Вашингтон, США | L = 2 км и 4 км |
| Ливингстон, шт. Луизиана, США | L = 4 км |
Данные измерений детекторов LIGO и GEO 600 обрабатываются с помощью проекта Einstein@Home (распределённые вычисления на тысячах персональных компьютеров).
Разрабатывается эксперимент LISA, в котором лазерный интерферометр будет находиться в космосе, с длиной плеча 5 млн. км и чувствительностью к сдвигу пробных масс 20 пм.
Описанные выше типы детекторов чувствительны к низкочастотным гравитационным волнам (до 10 кГц). Разрабатываются и высокочастотные варианты детекторов гравитационных волн, например, основанные на взаимном сдвиге частот двух разнесённых осцилляторов или на повороте плоскости поляризации микроволнового пучка, циркулирующего по петлевому волноводу.
[править] См. также
- MiniGrail — Детектор гравитационных волн
- Гравитационная антенна
- LCGT (англ.)
- CLOVER telescope (англ.)
- EGO — Европейская гравитационная обсерватория (англ.)
- Einstein@Home — проект распределённых вычислений для поиска гравитационных волн.
- PSR B1913+16 — двойная система — пульсар, исследование которой дало первое косвенное подтверждение существования гравитационных волн.
- PSR J0737-3039 — двойная система пульсаров, исследование которой дало весомое косвенное подтверждение существования гравитационных волн.
