Sterrekunde

Wat is die afmetings van die ontruimde kamers van LIGO Detector?

Wat is die afmetings van die ontruimde kamers van LIGO Detector?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Die LIGO-kompleks is baie groot, maar ek neem aan dat daar 'n baie klein kamer is wat die wetenskap eintlik doen, aangesien dit baie klein skywe meet. Hoe groot is die ontruimde kamer?


Die arms is $ 4 , mathrm {km} , times , 1.2 , mathrm {m} $:

Van die LIGO-webblad:

Die bundelbuise van 1,2 m is in segmente van 19-20 m lank geskep, gerol in 'n buis met 'n deurlopende spiraallas. Alhoewel 'n wiskundig perfekte silinder nie onder druk ineenstort nie, sal enige klein onvolmaaktheid in 'n regte buis dit toelaat om te buig ('n gebreekte vakuumbuis sou katastrofies wees). Om ineenstorting te voorkom, word LIGO-buise ondersteun met verstewigingsringe wat 'n aansienlike laag weerstand bied om te buig onder die uiterste druk van die atmosfeer. Die buise moet hierdie spanning minstens 20 jaar lank weerstaan.


LIGO-detektors het twee arms van 4 km, en alles in die arms hang in 'n lugdruk. Die werklike afmetings van die arms kon ek nie vind nie, maar die gepubliseerde artikel hier bevat meer inligting wat u kan lees.


Wat is die afmetings van die ontruimde kamers van LIGO Detector? - Sterrekunde

Gevorderde LIGO-substelsels
is die organisasie-eenhede van die algehele projek. Volg die onderstaande skakels om die missie en vordering van elke substelsel te sien.

'N Omvattende oorsig van gevorderde LIGO

Swaartekraggolwe bied 'n wonderlike geleentheid om die heelal vanuit 'n nuwe perspektief te sien, wat toegang bied tot astrofisiese insigte wat op geen ander manier beskikbaar is nie. Die Advanced LIGO-detector-opgradering, wat in Maart 2015 voltooi is, het die eerste opsporing van swaartekraggolwe in September 2015 moontlik gemaak. Die instrumente word nog in gebruik geneem, maar sal meer as tien keer meer sensitief wees en oor 'n veel breër frekwensieband as aanvanklik LIGO, wat 'n volume ruimte meer as duisend keer groter sien as die aanvanklike LIGO, en die reeks kompakte massas wat met 'n vaste seinsterkte waargeneem kan word, met 'n faktor van vier of meer vergroot.

Hierdie voorstel om gevorderde LIGO te bou, het gegroei uit die LIGO Scientific Collaboration en het breë ondersteuning, sowel nasionaal as internasionaal, vanuit die gemeenskap.

'N Gemeenskaplike R & ampD-program, wat nou gekoördineer is, wat die instrumentwetenskap ondersoek en prototipesubstelselelemente bou en toets, het gehelp om die ontwerp te laat realiseer. Die LIGO-laboratorium het die vervaardiging en konstruksie van die instrumente gelei en gekoördineer, met die volgehoue ​​sterk deelname van die gemeenskap. Die gesamentlike Verenigde Koninkryk / Duitse GEO-projek het aansienlike bydraes tot hierdie bouprojek gelewer. Die Britse deelnemers het die substelsel vir skorsing voorsien, insluitend skorsingsamestellings, hul kontroles, installasie en inbedryfstelling. Die Duitse deelnemers het die ontwerp en vervaardiging van die vooraf-gestabiliseerde laser-substelsel onderneem. Die GEO-projek is 'n volledige vennoot in Advanced LIGO en neem op alle vlakke deel aan die poging.

Australiese groepe word ook kapitaalbydraes tot Advanced LIGO gelewer. 'N Konsortium van die Australiese Nasionale Universiteit en die Universiteit van Adelaide het 'n uitstekende Hartmann-fase-sensor, 'n voor-vergrendelingstelsel vir lengtelengte en gespesialiseerde balkwyser-toerusting vir Advanced LIGO. ANU en Adelaide is 'n volledige vennoot in Advanced LIGO.

  • gravitasiegolfbronne waarneem,
  • gevorderde detektors ontwikkel wat die perke van interferometerprestasies benader en benut, die LIGO-fasiliteite bedryf om die nasionale en internasionale wetenskaplike gemeenskap te ondersteun, data-argivering vir die LIGO-data te verskaf en rekenaarhulpbronne by te dra vir die ontleding van data
  • die sagteware-infrastruktuur vir data-analise te ontwikkel en deel te neem aan die soektog en analise,
  • en ondersteun wetenskaplike opvoeding en openbare uitreike rakende swaartekraggolfsterrekunde.

LIGO word beskou as 'n nuwe vermoë wat bestaan ​​uit 'n stel fasiliteite en nie as 'n enkele eksperiment nie. Die LIGO-konstruksieprojek het die fasiliteite verskaf wat die wetenskaplike instrumentasie ondersteun, en die aanvanklike stel laserinterferometers wat gebruik sou word in die eerste wetenskaplike waarnemingsperiodes van LIGO. Die fasiliteite sluit die geboue en vakuumstelsels by die twee sterrewagplekke in. Die twee sterrewagte is geleë in Hanford, Washington en Livingston, Louisiana. Die prestasievereistes van die LIGO-fasiliteite was bedoel om die aanvanklike interferometers en toekomstige interferometer-opgraderings en -vervangings te akkommodeer, en moontlike addisionele interferometers met aanvullende vermoëns. Die vereistes van die LIGO-fasiliteite was bedoel om toekomstige interferometers te laat vlakke van sensitiwiteit bereik wat die uiteindelike grense van interferometers op die grond nader, beperk deur die praktiese beperkings op 'n 4 km groot fasiliteit op 'n spesifieke terrein. Gevorderde LIGO verteenwoordig die tweede generasie instrumente wat in die LIGO-infrastruktuur geïnstalleer moet word, en sal die wetenskap van gravitasiestraling van die ontdekkingsmodus na 'n manier van gereelde astrofisiese waarneming neem.

Wetenskaplike doelwitte vir LIGO-opspoorder

Die wetenskaplike program vir LIGO is om die relatiwistiese gravitasie te toets en om die veld van gravitasiegolfastrofisika te open. Meer akkurate toetse van algemene relatiwiteit (en mededingende teorieë) sal gedoen word. LIGO sal die vestiging van 'n splinternuwe veld van sterrekunde moontlik maak met behulp van 'n heeltemal nuwe inligtingsdraer: die gravitasieveld.

Sodra die Advanced LIGO-detektors ten volle in gebruik geneem is, kan hulle binaries sien wat bestaan ​​uit twee 1,4 M neutronsterre tot 'n afstand van 300 Mpc, ongeveer 15 keer verder as die aanvanklike LIGO, en 'n geleentheidskoers van ongeveer 3000x groter gee. Neurronster - swart gat (BH) binaries sal sigbaar wees vir 650 Mpc en samesmeltende BH + BH stelsels sal sigbare kosmologiese afstand wees, tot z = 0.4. Die bestaan ​​van gravitasiegolwe is 'n belangrike voorspelling van die Algemene Relatiwiteitsteorie. Daardie teorie maak 'n aantal ondubbelsinnige voorspellings oor die karakter van gravitasiestraling. Dit kan geverifieer word deur waarnemings met LIGO. Hierdie bevat probes van swaartekrag met sterk veld wat verband hou met swart gate, hoë orde post-Newton-effekte in inspirerende binaries, die draai-karakter van die stralingsveld en die golf voortplantingsnelheid.

Aangesien baie voornemende gravitasiegolfbronne geen ooreenstemmende elektromagnetiese handtekening het nie (bv. Swartgat-interaksies), is daar goeie redes om te glo dat die swaartekraggolfruim in wese verskil van die elektromagnetiese. Die kartering van die lug van die swaartekraggolf sal 'n beter begrip van die heelal gee op 'n manier wat elektromagnetiese waarnemings nie kan nie. As 'n nuwe veld van astrofisika is dit heel waarskynlik dat swaartekraggolfwaarnemings nuwe bronne sal ontdek wat nie in ons huidige denke verwag word nie.

Grondbeginsels vir detectorontwerp

Die effek van 'n voortplantende swaartekraggolf is om die ruimte in 'n kwadrupolêre vorm te vervorm. Die effek verleng die ruimte afwisselend in een rigting terwyl die ruimte in 'n ortogonale rigting saamgepers word en andersom, met die frekwensie van die gravitasiegolf. 'N Michelson-interferometer wat tussen vrylik hangende massas werk, is ideaal om hierdie antisimmetriese verdraaiing van die ruimte op te spoor wat veroorsaak word deur die swaartekraggolwe, en die stamme word omgeskakel in veranderings in ligintensiteit en gevolglik na elektriese seine via fotodetektore.

Beperkings vir die sensitiwiteit kom uit twee bronne: vreemde kragte op die toetsmassas, en 'n beperkte vermoë om die reaksie van die massas op die swaartekraggolfspanning te waarneem. Die termies opgewekte beweging van die toetsmassa en die ophanging is 'n fundamentele beperking, wat inherent is aan die manier waarop die meting uitgevoer word. Hierdie invloed word bestuur deur die seleksie van materiale met lae meganiese verlies en ontwerpe wat daarop gebruik maak. Seismiese beweging veroorsaak kragte op die spieëls as gevolg van die direkte koppeling deur die isolasie- en ophangstelsel, 'n tegniese geraasbron wat deur die ontwerp en deur die tydveranderende massaverspreiding naby die massa (die Newtonse agtergrond) geminimaliseer word.

Waarnemingsbeperkings kom die fundamenteelste voor as gevolg van die statistiese aard van die laserlig wat in die interferometrie gebruik word, en die momentum wat deur die fotone aan die toetsmassa oorgedra word (wat die waarnemings- en stogastiese geraasbeperkings met sensitiwiteit verbind). Tegniese geraasbronne wat die vermoë om te waarneem beperk, sluit in frekwensiegeruis en intensiteitskommelings in die laserlig. Verspreide lig, wat ewekansige fase-skommelinge by die lig voeg, kan ook swaartekragseine maskeer. In die limiet, geldig vir LIGO, dat die instrument kort is in vergelyking met die swaartekraggolflengte, gee langer arms groter seine. Daarenteen bly die meeste mededingende geraasbronne konstant met lengte, wat die 4 km-basislyn van die Observatories motiveer. Meer algemeen word die wetenskaplike vermoë van LIGO gedefinieer binne die perke wat opgelê word deur die fisiese instellings van die interferometers en deur die ontwerp van die fasiliteit, deur die ontwerp van die aanvanklike detektors en uiteindelik deur toekomstige interferometers wat ontwerp is om die fasiliteite se vermoëns geleidelik te benut.

Alhoewel die koerse vir swaartekraggolfbronne groot onsekerheid het, verbeter 'n verbetering in spanning-sensitiwiteit die afstand wat na waarneembare bronne gesoek word, lineêr. Dit verhoog die opsporingstempo deur die kubus van die sensitiwiteitsverbetering.

Wetenskaplike vermoë van LIGO-fasiliteit

Die ontwerp van die LIGO-fasiliteit het 'n toename in sensitiewe interferometers in die vooruitsig gestel om die fisika-bereik van die sterrewagte uit te brei. In die ontwerp van die sterrewagte het LIGO kritieke ontwerpkenmerke in sy fasiliteite opgeneem om LIGO se uiteindelike prestasievermoë te optimaliseer. Hierdie funksies sluit in 'n geboufondament en infrastruktuur wat 'n skoon, stil omgewing vir die instrumente bied. 'N Ultra-hoë vakuumbuisstelsel van 4 km lank wat verspreide lig en indeksskommelings as gevolg van oorblywende gas tot 'n weglaatbare vlak bring, en 'n stelsel van groot vakuumkamers en pompsubstelsels wat 'n buigsame omhulsel bied vir 'n wye verskeidenheid detektorontwerpe, en 'n vakuumkwaliteit lewer wat die balkbuis-substelsel aanvul. Gevorderde LIGO benodig geen veranderinge aan hierdie infrastruktuur om sy wetenskaplike doelwitte te bereik nie.

LIGO Hanford Observatory (LHO), geleë op die Amerikaanse departement van energie Hanford-terrein in die ooste van Washington, bestaan ​​uit 5 groot eksperimentele sale vir die interferometer wat oor 5 myl versprei is. Die ultra-hoë vakuumbuis van 1,2 m deursnee verbind hierdie sale. Drie ondersteuningsgeboue huisves laboratoriums, kantore en 'n amfiteater, en twee addisionele geboue word met onderhoud en bedrywighede geassosieer. Ongeveer 90,000 vierkante voet van hierdie ruimte is onder streng omgewingsbeheer om besoedeling van sensitiewe toerusting te verminder. Die fisiese aanleg is ontwerp om 'n lae vibrasie-omgewing te bied soortgelyk aan die omliggende onontwikkelde struik-steppe-omgewing.

Figuur 1: LIGO Hanford Observatory (LHO) in lugfoto. Die interferometerarms van 4 km word getoon met die vyf hoofgeboue langs die ortogonale armuitleg

Figuur 2: LIGO Livingston Observatory (LLO) hoekstreek in lugfoto.

Die LIGO Livingston-sterrewag, geleë in dennebos tussen Baton Rouge en New Orleans, Louisiana, is die tuiste van 'n enkele 4-km-laser-interferometer gravitasiegolfdetektor. Die afmetings van die balkbuis is identies aan dié van LHO. Die instrumentontwerp en sensitiwiteit is dieselfde as LHO.

Die NSF-samewerkingsooreenkoms van Mei 1992 het die ondersoek en ontwikkeling van LIGO vir konstruksie en konstruksie begin. Die projekskedule en kosteberamings is gedurende September 1994 deur die NSF nagegaan en in November 1994 aan die Nasionale Wetenskapraad voorgelê. Die LIGO-konstruksiepoging is voltooi, teen koste en naby aan die skedule. 'Eerste slot' van die aanvanklike LIGO-instrumente is in 2000 bereik. Al die instrumente het in 2005 aan die sensitiwiteitsdoelstelling vir die eerste LIGO van 'n RMS-stranien-sensitiwiteit van 10-21 in 'n 100 Hz-band voldoen. 'N Geïntegreerde jaar van data is geneem vir gravitasiegolfseine ontleed, is geen gevind nie, maar in die proses is beide uitdagende boonste grense en astrofisies interessante nie-detectiene gemaak.

LIGO Wetenskaplike samewerking

'N Fundamentele doel van LIGO was om 'n ware nasionale fasiliteit te word wat beskikbaar is vir die wetenskaplike gemeenskap. Om dit te bewerkstellig, het LIGO die deelname verbreed om die gemeenskap van wetenskaplikes in te sluit wat belangstel om aan die LIGO-navorsingsprogram deel te neem deur die LIGO Scientific Collaboration (LSC) te skep. Daar is nou ongeveer 650 lede van 59 instellings in 11 lande. Die LSC bestaan ​​uit wetenskaplikes van die LIGO-laboratorium en diegene uit samewerkende groepe. Die LSC is georganiseer om alle gelyke wetenskaplike geleenthede te bied, of hulle nou binne die LIGO-laboratorium of die breër LSC kom. Dit groei geleidelik en sal die komende jare oop bly vir nuwe lede. Die internasionale vennote is betrokke by alle aspekte van die LIGO-navorsingsprogram.

Die volledige LSC-samewerking vergader twee keer per jaar in 'n uitgebreide vergadering, en verskillende werkgroepe vergader gereeld. Die LSC het Witskrifte vervaardig wat die planne vir tegniese ontwikkeling van LIGO en vir wetenskaplike data-analise uiteensit. 'N Publikasiebeleid en 'n konferensiekomitee is aktief, asook die ander funksies wat nodig is om dit 'n' volledige diens'-organisasie te maak. die LSC werk nou saam met die Virgo Collaboration, en die data van die LIGO-detektors word gekombineer met die van die Virgo detector (geleë naby Pisa, Italië) met navorsers van albei samewerkings wat die ontledingspoging deel.

Die gevorderde LIGO-ontwerp, sowel in die basiese konsepsie as in die gedetailleerde R & D, is baie 'n produk van die LSC (met 'n sterk LIGO-laboratorium-element). Die tegniese werkgroepe was en is steeds sentraal in die bevordering van die ontwerp, en hierdie voorstel word gemaak met die sterk steun van die vele instellings wat aan die LSC deelneem.

LIGO is so georganiseer dat die soeke na astrofisiese seine en interpretasies deur die LSC uitgevoer sal word. Voorbereidingstake vir die lopies word binne die LSC georganiseer, LSC-lede neem deel aan die data-lopings en die ontleding van die data word gekoördineer deur middel van die LSC-voorgestelde proses. LIGO is beskikbaar vir alle belangstellende navorsers deur deelname aan die LSC, 'n oop organisasie. Om aan te sluit, definieer 'n navorsingsgroep 'n navorsingsprogram by die LIGO-laboratorium deur die opstel van 'n memorandum van verstandhouding (MOU) en relevante aanhangsels. Die groep bied dan sy program aan die LSC voor. Wanneer die groep tot die LSC toegelaat word, word dit 'n volledige wetenskaplike vennoot in LIGO.

Oorsig van Advanced LIGO

Die sensitiwiteitsdoelwitte vir die gevorderde LIGO-detektorsisteme word gekies om die vordering van geloofwaardige opsporing tot waarskynlike opsporing en ryk waarnemingstudies van bronne moontlik te maak. Hierdie sensitiwiteitsdoelwitte vereis 'n instrument wat slegs deur fundamentele geraasbronne oor 'n baie wye frekwensiegebied beperk word. Om hierdie sensitiwiteit te bereik, moet byna elke aspek van die interferometer vanaf die aanvanklike LIGO-ontwerp hersien word. Die stelsel wat kortliks hieronder beskryf word, is die verwysingskonsep wat die basis vorm vir die strukturering van die R & D-program en die gedetailleerde studies van stelsel-afwykings wat uitgevoer word namate R & D-resultate die haalbare parameters definieer. 'N Vollediger beskrywing van die voorgestelde detector, georganiseer volgens substelsel, word in die Advanced LIGO Reference Design gevind. Alhoewel dit nog voorlopig is en onderhewig is aan verandering, kan u die kurwes vir die spanninggevoeligheid vir verskillende bedryfswyses vind by Advanced LIGO verwagte sensitiwiteitskurwes.

Die basiese optiese konfigurasie is 'n kragherwinde en seinherwinde Michelson-interferometer met Fabry-Perot "transducers" in die arms. Om die oorspronklike LIGO-ontwerp as vertrekpunt te gebruik, moet 'n seinherwinningspieël by die "donker" poort bygevoeg word, en die interferometer-uitlees- en beheerstelsels verander. Met hierdie addisionele spieël kan die swaartekrag-geïnduseerde sybande gestoor of onttrek word (afhangende van die toestand van die "resonansie" van die seinherwinningsholte) en dit lei tot die maat van die interferometerrespons volgens die karakter van 'n bron (of spesifieke frekwensie) in die geval van 'n vaste frekwensie bron). Die opgradering bevat die drie LIGO-interferometers, wat byvoorbeeld toelaat dat een interferometer by Hanford en die interferometer by Livingston ingestel is op breëband, en die tweede interferometer by Hanford as 'n hoër frekwensie-smalbanddetektor.

Om die kwantumbeperkte sensitiwiteit te verbeter, word die laserkrag verhoog vanaf die aanvanklike LIGO-waarde van 10 W tot

200 W. Die kondisionering van die laserlig volg die aanvanklike LIGO noukeurig, met 'n skoonmaker vir die ringholte en 'n teleskoop wat ooreenstem met die reflekterende modus.

Terwyl die aanvanklike LIGO 25 cm, 11 kg, versmelt-silika-toetsmassa gebruik, is die saamgestelde silika-toetsmassa-optika vir Advanced LIGO groter in deursnee (

34 cm) om die bydrae tot termiese geraas te verminder en meer massief (

40 kg) om die stralingsdrukgeraas op 'n vlak te hou wat vergelykbaar is met die skorsingstermiese geraas. Kompensasie van die termiese lens in die toetsmassa-optika (as gevolg van absorpsie in die substraat en bedekkings) word bygevoeg om die sterk verhoogde krag te hanteer - in die orde van 1 MW in die armholtes. Die toetsmassa word opgeskort deur versmelte silika-vesels, in teenstelling met die staaldraad-skorsings wat in die aanvanklike LIGO gebruik is. Daar word verwag dat die resulterende skorsingstermiese geraas minder sal wees as die stralingsdrukgeraas (in breëbandwaarnemingsmodus) en vergelykbaar is met die Newton-agtergrond ("swaartekraggradiënt") by 10 Hz. Die volledige skorsing het vier slingerstadia, wat bydra tot die seismiese isolasie en bied verskeie punte vir aansturing.

Die seismiese isolasiestelsel is op die aanvanklike LIGO-pare en steunbuise gebou, maar anders is dit 'n volledige vervanging, wat nodig is om die seismiese afsnyfrequensie van 40 Hz (vir aanvanklike LIGO) na 10 Hz te bring. RMS-bewegings (frekwensies minder as 10 Hz) word verminder deur aktiewe servotegnieke. Die gevolg is dat die seismiese geraas by alle waarnemingsfrekwensies weglaatbaar is. Deur die kombinasie van die seismiese isolasie- en ophangstelsels sal die vereiste beheerkragte op die toetsmassas met baie orde verminder word in vergelyking met die aanvanklike LIGO, wat ook die waarskynlikheid van nie-Gaussiese geraas in die toetsmassa verminder.


LIGO, 'n nuwe soort sterrekunde

Soos duisende fisika-geeks regoor die wêreld, is ek Donderdagoggend op die buis vasgeplak vir die groot aankondiging van die LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Terwyl ek na die video's vir die publiek kyk (dit is goed), was ek verbaas oor een aspek van die LIGO-opstelling. Die ontstellende uiteensetting in die kollig net hoe anders swaartekrag-sterrekunde sal wees as waaraan ons gewoond was.

Daar is twee LIGO-installasies, 2500 kilometer van mekaar af, een naby New Orleans en die ander naby Seattle. Elkeen lyk soos 'n groot L met staalpyparms van 4 kilometer lank. Terloops, albei arms word ontruim om sommige bronne van inmenging en 'n beskeie teoretiese oorweging uit te skakel.

Die eksperiment bestaan ​​daaruit om laserstrale langs albei arms uit te skiet, en dan die teruggekeerde strale te vergelyk.

Sommige agtergronde: Einstein het 'n oënskynlike relatiwiteitsparadoks verower. As Ethel op voertuig A ry (soos, net sku vir ligsnelheid) vinnig verby Fred op voertuig B, sien Fred dat Ethel se maatstaf korter lyk as sy eie maatstaf. Intussen is Ethel heeltemal seker dat Fred se maatstaf die korter is.

Einstein het verduidelik dat albei waarnemings geldig is. Fred en Ethel kan met mekaar saamstem, maar eers nadat elkeen behoorlik rekening hou met hul relatiewe beweging. & # 8220Juiste rekening & # 8221 is 'n berekening wat die Lorenz-transformasie genoem word. Wat Fred (byvoorbeeld) moet doen, is om te deel wat hy dink die lengte van Ethel en sy maatstaf is √ [1- (v / c) ²] om haar & # 8220proper & # 8221 lengte te kry. (Haar relatiewe snelheid is v, en c is die snelheid van die lig.)

Gestel Fred staan ​​in die laboratorium en Ethel ry op 'n laserstraal. Hier is die raaisel: sou dieselfde Fred / Ethel-logika nie van toepassing wees op LIGO nie? Sou dieselfde maatstafvervorming nie beide die interferometer-apparaat en die laserstrale beïnvloed nie?

Wel, nee, om twee redes. Eerstens geld die Lorenz-effek nie eens nie, want die heen-en-weer-weerkaatsde laserstrale is staande golwe. Dit beteken dat niks eintlik reis nie. Anders gestel, as Ethel op daardie liggolf sou ry, sou sy net so stilstaan ​​soos Fred.

Die ander rede is dat die eksperiment minder handel oor afstand afgelê en meer oor vlugtyd.

Gestel jy is een van 'n paar fotone (nee, verstrengeling tree nie in die spel nie) wat gelyktydig deur die interferometer en die balk-splitserspieël loop. Jou maat gaan op een arm af, slaan die verre spieël en kom terug na die detector. U neem dieselfde reis, maar gebruik die ander arm.

Die balklengtes word noukeurig aangepas sodat u onder normale omstandighede, wanneer u twee die detektor bereik, buite pas is. U bereik 'n hoogtepunt as u maat trog en omgekeerd. Die golwe kanselleer en die detektor sien geen lig nie.

Nou gaan daar 'n swaartekraggolf verby (rooi boë in die diagram). Oor die algemeen sal die golf die twee arms anders beïnvloed. In die optimale geval tref die golffront een arm aan die breë kant, maar sny dwars oor die loodregte een. Gestel die golf is in 'n ruimte-kompressiefase wanneer dit tref. Die breë arm, balk EN apparaat word verkort in verhouding tot die ander een wat die golf glad nie sien nie.

Die plaaslike die snelheid van die lig (myl per sekonde) in 'n vakuum konstant is. Waar ruimte saamgepers word, verander die kilometers per sekonde nie maar nie die kilometers word kleiner . Die liggolf vertraag relatief tot die ongekomprimeerde laboratoriumverwysingsraamwerk. As gevolg hiervan neem jou maat in die saamgeperste arm net 'n leetel langer as jy om sy reis na die detector te voltooi. Nou is julle twee in stap. Die detector sien lig, daar is groot vreugde en Kip Thorne kry sy Nobelprys.

Maar die ander wonderlike ding is dat LIGO en neutrino-sterrekunde die mensdom is en dat dit die eerste fundamentele nuwe maniere is om ons heelal buite die planeet te ondersoek. Sedert Galileo sy kru teleskoop op Jupiter opgelei het, gebruik sterrekundiges elektromagnetiese straling vir die doel en eers sigbare lig, daarna infrarooi en radiogolwe. In 1964 het ons mikrogolf-sterrekunde by die lys gevoeg. Later het ons satelliete aangebring wat ons die UV- en gammastraalhemel gegee het.

Die sterrekundiges was ongelooflik vernuftig om inligting uit elke foton te wring, maar as u terugkyk, is dit alle fotone. Gravitasie-sterrekunde bied 'n hele nuwe weg na nuwe verskynsels. Wie weet wat ons & # 8217; ll sien.


TAMA300 Blazes Trail vir verbeterde swaartekraggolfsterrekunde

Figuur: Vakuumkamers in die infrastruktuur van die voormalige TAMA300-detektor wat in hierdie eksperiment gebruik is. (Krediet: NAOJ) Oorspronklike grootte (242KB)

Navorsers aan die National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) het die infrastruktuur van die voormalige TAMA300-swaartekraggolfdetektor in Mitaka, Tokio, gebruik om 'n nuwe tegniek te demonstreer om kwantumgeluid in detektors te verminder. Hierdie nuwe tegniek sal help om die sensitiwiteit van die detektors wat bestaan ​​uit 'n wêreldwye swaartekraggolfnetwerk, te verhoog, sodat hulle swakker golwe kan waarneem.

Toe dit in 2000 met waarnemings begin het, was TAMA300 een van die wêreld se eerste grootskaalse interferometriese swaartekraggolfverklikkers. In daardie stadium het TAMA300 die hoogste sensitiwiteit ter wêreld gehad, wat die sterkte van gravitasiegolfseine gestel het, maar die eerste opsporing van werklike gravitasiegolwe is 15 jaar later in 2015 deur LIGO gedoen. Sedertdien het detektortegnologie verbeter tot op die punt dat moderne detektors verskeie seine per maand waarneem. Die wetenskaplike resultate van hierdie waarnemings is reeds indrukwekkend en in die volgende dekades word nog baie meer verwag. TAMA300 neem nie meer aan waarnemings deel nie, maar is steeds aktief en dien as 'n toetsbed vir nuwe tegnologieë om ander detektors te verbeter.

Die sensitiwiteit van huidige en toekomstige gravitasiegolfdetektore word byna al die frekwensies beperk deur kwantumgeraas wat veroorsaak word deur die effekte van vakuumskommelings van die elektromagnetiese velde. Maar selfs hierdie inherente kwantumgeluid kan nagelaat word. Dit is moontlik om die vakuumskommelings te manipuleer om die kwantumonsekerhede te herverdeel en een soort geraas te verminder, ten koste van die verhoging van 'n ander, minder obstruktiewe soort geraas. Hierdie tegniek, bekend as vakuumdruk, is reeds in swaartekraggolfdetektore geïmplementeer, wat hul sensitiwiteit vir swaartekraggolwe met hoër frekwensie aansienlik verhoog. Maar die optomeganiese wisselwerking tussen die elektromagnetiese veld en die spieëls van die detektor veroorsaak dat die effekte van vakuumdruk verander, afhangende van die frekwensie. Dus teen lae frekwensies verhoog die druk van vakuum die verkeerde soort geraas, wat die sensitiwiteit benadeel.

Om hierdie beperking te oorkom en minder geraas op alle frekwensies te bewerkstellig, het 'n span by NAOJ saamgestel uit lede van die interne Gravitational Wave Science Project en die KAGRA-samewerking (maar ook navorsers van die Maagd- en GEO-samewerking ingesluit) onlangs die uitvoerbaarheid van 'n tegniek wat bekend staan ​​as frekwensie-afhanklike vakuumdruk, teen die frekwensies wat nuttig is vir gravitasiegolfdetektore. Omdat die detektor self wissel, afhangend van die frekwensie, met die elektromagnetiese velde, het die span die infrastruktuur van die voormalige TAMA300-detector gebruik om 'n veld te skep wat afhangend van die frekwensie. 'N Normale (frekwensie-onafhanklike) ingedrukte vakuumveld word gereflekteer van 'n 300 m lange optiese holte, sodat 'n frekwensie-afhanklikheid afgedruk word en die optomeganiese effek van die interferometer kan teenwerk.

Hierdie tegniek sal verbeterde sensitiwiteit by beide hoë en lae frekwensies gelyktydig moontlik maak. Dit is 'n belangrike resultaat wat 'n sleuteltegnologie toon om die sensitiwiteit van toekomstige detektore te verbeter. Die implementering daarvan, wat beplan word as 'n korttermyn-opgradering tesame met ander verbeterings, sal na verwagting die waarnemingsbereik van tweede-generasie detektors verdubbel.

Hierdie resultate sal verskyn as Zhao, Y., et al. "'N Frekwensie-afhanklike ingedrukte vakuumbron vir breëband-kwantumgeruisvermindering in gevorderde gravitasiegolfdetektore" in Physical Review Letters op 28 April 2020. 'n Soortgelyke resultaat is behaal deur 'n groep in MIT met behulp van 'n 16 m-filterholte, en die twee referate sal gesamentlik gepubliseer word.


LIGO en Maagd vind die eerste opsporing van swaartekraggolwe wat deur botsende neutronsterre geproduseer word

Lede van die WVU-navorsingspan wat besig is met die ontleding van swaartekraggolfdeteksies. Voorste ry van links na regs: Zach Etienne en Sean McWilliams. Agterste ry van links na regs: Tyler Knowles, Amber Lenon en Belinda Cheeseboro.

(Redakteur se opmerking: aanhaling is hieronder.)

Vir die eerste keer het wetenskaplikes swaartekraggolwe - rimpels in ruimte en tyd - direk opgespoor weens die skouspelagtige botsing van twee neutronsterre. Lig van die botsing is ook deur teleskope waargeneem, wat die eerste keer was dat 'n kosmiese gebeurtenis in swaartekraggolwe en in lig gesien is.

Hierdie nuwe veld van swaartekraggolf-sterrekunde bied geleenthede om die heelal te verstaan ​​op maniere wat nie alleen met tradisionele teleskope bereik kan word nie, en wetenskaplikes glo dat hierdie gebeurtenis een van die mees bestudeerde astrofisiese gebeure in die geskiedenis sal word.

Die nuwe ontdekking is gemaak met behulp van die Amerikaanse gebaseerde Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, genaamd LIGO, die Europa-gebaseerde Maagdedetektor en ongeveer 70 grond- en ruimte-gebaseerde sterrewagte.

Die waarnemings het sterrekundiges die geleentheid gegee om 'n botsing van twee neutronsterre te ondersoek. Byvoorbeeld, waarnemings wat deur die Amerikaanse Gemini-sterrewag, die European Very Large Telescope en NASA se Hubble-ruimteteleskoop gedoen is, onthul handtekeninge van onlangs gesintetiseerde materiaal, waaronder goud en platinum, wat daarop dui dat 'n resolusie tot 'n dekades lange debat oor hoe die meeste elemente swaarder is, voorgestel word. as wat yster vervaardig word.

Die LIGO-Maagd-resultate word vandag in die vaktydskrif Physical Review Letters gepubliseer. Bykomende artikels van die LIGO en Maagd-samewerking en die astronomiese gemeenskap is in verskillende tydskrifte voorgelê of aanvaar vir publikasie.

Ontdekking uit samewerking

Sowat 1 500 wetenskaplikes in die LIGO Scientific Collaboration en Virgo Collaboration werk saam om die detektore te gebruik en om die gravitasiegolfdata wat hulle vasvang, te verwerk en te verstaan.

Twee navorsers van die Universiteit van die Universiteit van West-Virginia was deel van die internasionale samewerking sedert die eerste opsporing van swaartekraggolwe, 'n ontdekking waarvoor drie van die oorspronklike stigters van LIGO onlangs die Nobelprys vir Fisika in 2017 toegeken is.

Sean McWilliams, assistent-professor in fisika en sterrekunde, Zachariah Etienne, assistent-professor in wiskunde, en hul span studente en postdoktors in die Eberly College of Arts and Sciences fokus op die ontleding van gravitasiegolfdeteksies.

Hulle werk fokus op die modellering van die bronne van gravitasiegolwe en die gebruik van hierdie modelle om die eienskappe van die bronne te meet aan die hand van die besonderhede in hul gravitasiegolfseine.

Etienne sal op 31 Oktober om 15:30 'n toespraak lewer oor swaartekraggolwe, die belangrikheid van die ontdekking en die werk van WVU as deel van die Departement Fisika en Sterrekunde Colloquium-reeks. in kamer G09 van White Hall. Die gesprek is oop vir die publiek en sal toegespits wees op beide wetenskaplike en nie-wetenskaplike gehore.

"Hierdie digte, massiewe neutronsterre het met toenemende spoed rondom mekaar gedraai en mekaar uitmekaar geskeur in hul botsing," het Etienne gesê. "Hierdie ongelooflike waarneming en ons ontleding is 'n manier om ekstreme materie in neutronsterre te verstaan."

Met die eerste opsporing van swaartekraggolwe het wetenskaplikes 'n nuwe venster na die heelal oopgemaak, anders as enige bestaande manier om begrip te kry.

"Hierdie nuwe geleentheid oorbrug 'n gaping," het McWilliams gesê. "Dit verbind uiterste swaartekrag met ekstreme materie en elektromagnetiese energie, sodat gebeurtenisse soos hierdie kan dien as 'n Rosetta-klip om ons begrip van hoe al drie met mekaar interaksie het, te toets."

Etienne is hoofondersoeker en McWilliams is mede-hoofondersoeker van 'n NSF-befondsde program om data-analise te bespoedig, sodat dieper insigte in swaartekraggolfwaarnemings binne weke in plaas van maande of jare gegee kan word.

Saam met Caleb Devine, 'n wiskundige oudleerling David Buch, 'n honneurskollege voorgraads van Beckley Tyler Knowles, 'n wiskundige en Serdar Bilgili, 'n gegradueerde student in fisika en sterrekunde, Etienne en McWilliams, het die kodes versnel wat voorspel hoe die sein sou lyk. uit bronne met verskillende eienskappe. McWilliams het ook bygedra tot die ontwikkeling van sommige modelle self.

"Ons kon dele van die data-analise met ongeveer 'n faktor van 100 bespoedig," het Etienne gesê. "Dit help om die verspreiding van belangrike resultate rakende die ontdekkings van die swaartekraggolf aan die wetenskaplike gemeenskap betyds te versprei."

Daarbenewens het McWilliams, Paul Baker, fisika en sterrekunde postdoktorale navorser Belinda Cheeseboro, gegradueerde student in fisika en sterrekunde en Amber Lenon, gegradueerde student in fisika en sterrekunde, gewerk om die instrumente te verbeter wat gebruik is vir 'onmodelle soektogte', waarin wetenskaplikes op soek was na enigiets ongewoon in die data.

"Vir hierdie kosmiese gebeurtenis is die soort instrumente belangrik om wetenskaplikes te vertel hoe konsekwent die data is met ons voorspellings, en dus met die algemene relatiwiteit self," het McWilliams gesê.

Wetenskaplikes weet byvoorbeeld nie wat aan die einde van hierdie gebeure gebeur nie, aangesien die botsende neutronsterre onmiddellik 'n swart gat kan maak, hulle 'n rukkie kan wag voordat hulle in 'n swart gat inmekaar stort, of 'n enkele stabiele gigantiese neutron kan maak. ster.

"Ongelukkig is ons nog nie sensitief genoeg om enige sein na die botsing op te spoor wat ons presies sou vertel wat gebeur het nie, maar die 'ongemodelleerde metodes' stel ons in staat om perke te stel vir wat kon gebeur het," het McWilliams gesê.

'N Kosmiese paring

Neutronsterre is die kleinste, digste sterre waarvan bekend is en word gevorm wanneer massiewe sterre in supernovas ontplof. 'N Neutronster is minder as 20 myl in deursnee en is so dig dat 'n teelepel neutronstermateriaal 'n massa van ongeveer 'n miljard ton het.

Toe hierdie neutronsterre saam spiraal, het hulle swaartekraggolwe uitgestuur wat ongeveer 100 sekondes waarneembaar was toe hulle gebots het. 'N Flits lig in die vorm van gammastrale is uitgestraal en ongeveer twee sekondes na die gravitasiegolwe op die aarde gesien.

Die kenmerkende "getjirp" van binêre swart gate wat verlede jaar ontdek is, het 'n fraksie van 'n sekonde in die sensitiewe band van die LIGO-detector geduur, maar die getjirp van die nuwe opsporing het baie langer geduur en is deur die hele sensitiewe frekwensiegebied van LIGO gesien - toevallig ongeveer dieselfde reeks van frekwensies as die klankgolwe wat binne die menslike hoorbare gebied val.

In die dae en weke na die opbreek is ander vorms van lig of elektromagnetiese straling opgespoor - insluitend röntgen-, ultraviolet-, optiese, infrarooi- en radiogolwe.

'N Sterreteken

Die swaartekragsein, genaamd GW170817, is die eerste keer op 17 Augustus om 08:41 opgespoor. Dit is deur die twee identiese LIGO-detektore in Hanford, Washington en Livingston, Louisiana, opgespoor.

Die inligting wat deur die derde detector, Maagd, naby Pisa, Italië, verskaf is, het 'n verbetering in die lokalisering van die kosmiese gebeurtenis moontlik gemaak.

LIGO se sagteware vir intydse data-analise het 'n sterk sein van gravitasiegolwe vanuit die ruimte in een van die twee LIGO-detektore gekry. Byna dieselfde tyd het die gammastraalbarstmonitor op die Fermi-ruimteteleskoop van NASA 'n uitbarsting van gammastrale opgespoor.

LIGO-Virgo-analisesagteware het die twee seine saamgevoeg en gesien dat dit hoogs onwaarskynlik is dat dit 'n toevallige toeval sou wees, en 'n ander outomatiese LIGO-analise het aangedui dat daar 'n toevallige swaartekraggolfsein in die ander LIGO-detektor was.

Die LIGO-data het aangedui dat twee astrofisiese voorwerpe wat op 'n betreklik nabye afstand van ongeveer 130 miljoen ligjaar van die aarde af geleë is, na mekaar toe gedraai het.

Die data het getoon dat die voorwerpe nie so massief was soos die binêre swart gate wat LIGO en Maagd in 2016 opgespoor het nie. In plaas daarvan word geskat dat hierdie inspirerende voorwerpe in die omgewing van 1,1 tot 1,6 keer die massa van die son in die massa-reeks neutronsterre en te lig om swart gate te wees.

Teoretici het voorspel dat wanneer neutronsterre bots, hulle swaartekraggolwe en gammastrale moet afgee, tesame met kragtige strale wat lig uitstraal oor die elektromagnetiese spektrum.

Die gammastraal-uitbarsting wat deur Fermi opgespoor word, is 'n kort gammastraal-uitbarsting, die nuwe waarnemings bevestig dat ten minste sommige kort gammastraal-uitbarstings gegenereer word deur die samesmelting van neutronsterre - iets wat voorheen net geteoretiseer is.

Maar hoewel dit lyk asof een raaisel opgelos is, het daar nuwe raaisels na vore gekom wat vir nog jare nuwe insigte sal oplewer.

'N Vuurbal en 'n nagloed

Ongeveer 130 miljoen jaar gelede was twee neutronsterre in hul laaste oomblikke om mekaar te wentel, net met ongeveer 200 myl geskei en spoed versamel terwyl hulle die afstand tussen hulle gesluit het.

Toe die sterre vinniger en nader aanmekaar spiraal, het hulle die omringende ruimtetyd uitgerek en verwring en energie afgegee in die vorm van kragtige swaartekraggolwe voordat hulle in mekaar geslaan het.

Op die oomblik van botsing het die grootste deel van die twee neutronsterre saamgevoeg in een ultra-digte voorwerp, wat 'n "vuurbal" gammastrale uitstraal. Die aanvanklike gammastraalmetings, gekombineer met die opsporing van gravitasiegolwe, bied ook bevestiging vir Einstein se algemene relatiwiteitsteorie, wat voorspel dat gravitasiegolwe teen die ligspoed moet beweeg.

Teoretici het voorspel dat wat volg op die aanvanklike vuurbal 'n 'kilonova' is - 'n verskynsel waardeur die materiaal wat oorgebly het van die botsing van die neutronster, wat met lig gloei, uit die onmiddellike streek en ver in die ruimte geblaas word. Die nuwe liggebaseerde waarnemings toon dat swaar elemente, soos lood en goud, in hierdie botsings geskep word en daarna deur die heelal versprei word.

In die weke en maande wat voorlê, sal teleskope regoor die wêreld die nagloed van die samesmelting van neutronsterre dophou en verdere bewyse versamel oor verskillende stadiums van die samesmelting, die interaksie daarvan met sy omgewing en die prosesse wat die swaarste elemente in die heelal voortbring. .

"Dit is geweldig opwindend om 'n seldsame gebeurtenis te ervaar wat ons begrip van die werking van die heelal verander," sê France A. Córdova, direkteur van die National Science Foundation, wat LIGO finansier.

'Hierdie ontdekking verwesenlik 'n jarelange doel wat baie van ons gehad het, dit wil sê om terselfdertyd seldsame kosmiese gebeure waar te neem deur gebruik te maak van tradisionele sowel as gravitasiegolfwaarnemings. Slegs deur NSF se vier-dekade-belegging in swaartekraggolfwaarnemings, tesame met teleskope wat van radio- tot gammastraalgolflengtes waarneem, kan ons ons geleenthede om nuwe kosmiese verskynsels op te spoor, uitbrei en 'n vars verhaal van die fisika van sterre in hulle doodsnare. ”

Meer oor die LIGO-Maagd-samewerking

LIGO word gefinansier deur die National Science Foundation, en word bestuur deur Caltech en MIT, wat LIGO bedink het en die aanvanklike en gevorderde LIGO-projekte gelei het. Finansiële ondersteuning vir die Advanced LIGO-projek is gelei deur die NSF met Duitsland (Max Planck Society), die UK (Science and Technology Facilities Council) en Australië (Australian Research Council) wat belangrike verbintenisse en bydraes tot die projek gelewer het.

Meer as 1 200 wetenskaplikes van regoor die wêreld neem deel aan die poging deur middel van die LIGO Scientific Collaboration, wat die GEO Collaboration en die Australiese samewerking OzGrav insluit. Bykomende vennote word gelys op http://ligo.org/partners.php.

Die Maagd-samewerking word gefinansier deur die Istituto Nazionale di Fisica Nucleare in Italië en die Centre National de la Recherche Scientifique in Frankryk. Maagd bestaan ​​uit meer as 280 fisici en ingenieurs wat tot 20 verskillende Europese navorsingsgroepe behoort: ses van Centre National de la Recherche Scientifique in Frankryk, agt van die Istituto Nazionale di Fisica Nucleare in Italië, twee in Nederland met Nikhef, die MTA Wigner RCP in Hongarye, POLGRAW-groep in Pole, Spanje, met die Universiteit van Valencia en die Europese Gravitational Observatory, EGO, die laboratorium waar die Maagdedetektor naby Pisa in Italië aangebied word, gefinansier deur CNRS, INFN en Nikhef.


Nuwe uitvoerende direkteur van LIGO benoem

PASADENA, Kalifornië en mdash David Reitze is aangewys as uitvoerende direkteur van die Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), ontwerp en bestuur deur die California Institute of Technology (Caltech) en die Massachusetts Institute of Technology (MIT), met befondsing van die National Wetenskapstigting (NSF). Reitze is ook aangewys as 'n senior navorsingsgenoot by Caltech.

Reitze, 'n professor in fisika aan die Universiteit van Florida, Gainesville, en 'n besoekende medewerker by Caltech, sal die afgetrede Jay Marx opvolg. Marx, 'n senior navorsingsgenoot in fisika aan Caltech, dien sedert 2006 as uitvoerende direkteur en sal deeltyds aan LIGO werk.

Ek is baie opgewonde daaroor om by die LIGO-laboratorium en Caltech aan te sluit en in die rol van uitvoerende direkteur te dien, & quot; sê Reitze, wat in 1990 sy PhD aan die Universiteit van Texas in Austin behaal het en sedert 1996 by die LIGO-projek betrokke was. vroeë navorsing het gefokus op ultravinnige optika en die ontwikkeling van hoë-krag optiese komponente en ultravinnige lasers. Onlangs het hy die ontwerppoging gelei vir die invoeroptika van Advanced LIGO, 'n sensitiewer inkarnasie van die detektor wat in 2014 begin werk het. & Quot Benewens die ongelooflike wetenskap wat LIGO sal doen, is dit een van die belangrikste redes waarom ek die pos aanvaar het. was die uitstaande gehalte en toewyding van die LIGO-laboratoriumpersoneel, & quot sê hy.

LIGO is oorspronklik dekades gelede voorgestel as 'n manier om swaartekraggolwe op te spoor. Gravitasiegolwe is rimpels in die weefsel van ruimte en tyd en word geproduseer deur massiewe versnelde voorwerpe soos botsings in swart gate en neutronsterre en mdash wat na buite versprei deur die heelal. Hulle is die eerste keer in 1916 voorspel as gevolg van die algemene relatiwiteitsteorie van Albert Einstein.

Elk van die L-vormige LIGO-interferometers (insluitend 4 km-detektors in Hanford, Washington en Livingston, Louisiana) gebruik 'n laser wat in twee balke verdeel word wat heen en weer langs lang arms beweeg (dit is straalbuise waaruit die lug is ontruim). Die balke word gebruik om die afstand tussen presies gekonfigureerde spieëls te monitor. Volgens Einstein se teorie sal die relatiewe afstand tussen die spieëls baie effens verander wanneer 'n swaartekraggolf verbygaan.

LIGO-navorsing word uitgevoer deur die LIGO Scientific Collaboration (LSC), 'n groep van 840 wetenskaplikes aan universiteite in die Verenigde State en in 13 ander lande het Reitze van 2007 tot 2011 as woordvoerder van die LSC gedien.

Die LSC-netwerk bevat die LIGO-interferometers en die GEO600-interferometer, 'n projek naby Hannover, Duitsland, en ontwerp en bestuur deur wetenskaplikes van die Max Planck Instituut vir Gravitasie-fisika, saam met vennote in die Verenigde Koninkryk wat deur die Wetenskap- en Tegnologiese Fasiliteitsraad gefinansier word. (STFC). Die LSC werk saam met die Virgo Collaboration & mdash wat die 3 km lange Maagd-interferometer in Cascina, Italië ontwerp en ontwerp het om data van die LIGO-, GEO- en Maagd-interferometers te ontleed.

Die volgende belangrike mylpaal vir LIGO is Advanced LIGO, wat opgegradeerde ontwerpe en tegnologieë bevat wat deur die LSC ontwikkel is. Die oorspronklike konfigurasie van LIGO was sensitief genoeg om 'n verandering in die lengte van die 4 km-arms op te spoor met 'n afstand van 'n duisendste van die grootte van 'n proton Advanced LIGO, wat die infrastruktuur van LIGO sal benut, sal tien keer meer sensitief wees.

Die verhoogde sensitiwiteit sal belangrik wees omdat dit wetenskaplikes in staat sal stel om rampspoedige gebeure soos swartgat- en neutronsterbotsings op 10 keer groter afstande op te spoor. En omdat LIGO in alle rigtings kan & quotsee & quot; sal Gevorderde LIGO 1000 keer meer geneig wees om swaartekraggolwe op te spoor en sal dit belangrike bydraes lewer tot sterrekunde en fisika.

& quot Dit is 'n wonderlike tyd in die geskiedenis van LIGO, "sê Reitze. & quot Gedurende die afgelope dekade het ons getoon dat ons die LIGO interferometers met 'n uiters sensitiewe sensitiwiteit kan bou en gebruik en dit kan gebruik om wetenskaplik interessante soektogte na swaartekraggolwe te doen. Dit is ook 'n opwindende tyd vir 'n wêreldwye wetenskaplike gemeenskap met gravitasiegolf, & quot; voeg hy by.

& quot Ons is baie verheug dat dr. Reitze die leiding van LIGO oorneem. Hy ken die projek, die wetenskap en die uitdagings, en is uitstekend gekwalifiseer om die span te lei om die Advanced LIGO-detektor aan die gang te bring, & quot sê Tom Soifer, professor in fisika, direkteur van die Spitzer Science Center, en voorsitter van die Afdeling. Fisika, Wiskunde en Sterrekunde aan Caltech. & quotJay Marx stel 'n hoë standaard, & quot voeg hy by, & quotand Dave is heeltemal gereed om te pas by die voorste LIGO in hierdie opwindendste tyd. Ons sien uit na die eerste opsporing van swaartekraggolwe uit astronomiese bronne, en die nuwe venster op die heelal wat dit bied. & Quot

& quot Sodra Advanced LIGO aan die gang is, sal ons voortgaan om nou saam te werk met ons Europese kollegas by GEO600 en Maagd as deel van die nuwe en groeiende wêreldwye gravitasiegolfnetwerk, "sê Reitze. & quot Die Large Cryogenic Gravitational Wave Telescope in Japan sal binnekort na Advanced LIGO begin, en 'n vierde detektor by die netwerk voeg. Die wêreldwye netwerk sal ons toelaat om na die onderliggende bronne van gravitasiegolwe te kyk, tesame met ander soorte astronomiese teleskope en mdashoptiese, radio-, X-straal-, gammastraal- en mdashto om 'n baie beter beeld te gee van die astrofisika van die gewelddadigste gebeure in die heelal. & Quot


Toewyding van Gevorderde LIGO

Die Advanced LIGO-projek, 'n belangrike opgradering wat die sensitiwiteit van die Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatories-instrumente met 'n faktor van 10 verhoog en 'n duisendvoudige toename in die aantal astrofisiese kandidate vir swaartekraggolfseine bied, sal amptelik toegewy word aan 'n seremonie wat op Dinsdag 19 Mei in die LIGO Hanford-fasiliteit in Richland, Washington, gehou word.

LIGO is ontwerp en word bestuur deur Caltech en MIT, met befondsing van die National Science Foundation (NSF). Gevorderde LIGO, gefinansier deur die NSF met belangrike bydraes van die UK Science and Technology Facilities Council (STFC), die Max Planck Society of Germany en die Australian Research Council (ARC), word nou aanlyn gebring, met die eerste soeke na gravitasie golwe beplan vir die herfs van 2015.

Die seremonie bevat opmerkings van sprekers, onder wie Thomas F. Rosenbaum, president van Caltech, die presidensiële voorsitter van Sonja en William Davidow en professor in fisika, professor in fisika B. Thomas Soifer, die leiersvoorsitter van Kent en Joyce Kresa van die afdeling fisika, wiskunde en sterrekunde in Caltech. Kirk Kolenbrander, vise-president van die MIT en France Córdova, direkteur van die National Science Foundation.

"Ons het die afgelope sewe jaar die sensitiefste swaartekrag-detektor wat ooit gebou is, saamgestel. Inbedryfstelling van die detektors het tot dusver uitstekend verloop, en ons sien uit na ons eerste wetenskapsloop met Advanced LIGO wat later in 2015 begin. Dit is 'n baie opwindende tyd vir die veld, "sê David H. Reitze, Caltech, uitvoerende direkteur van die LIGO-projek.

"Advanced LIGO is 'n kritieke belangrike stap vorentoe in ons voortgesette poging om die buitengewone raaisels van ons heelal te verstaan," sê die direkteur van NSF, Córdova. "Dit gee wetenskaplikes 'n baie gesofistikeerde instrument om swaartekraggolwe op te spoor, wat volgens ons inligting oor hul dinamiese oorsprong en die aard van swaartekrag meebring wat nie met konvensionele astronomiese instrumente verkry kan word nie."

Gravitasiegolwe word voorspel deur Albert Einstein in 1916 as gevolg van sy algemene relatiwiteitsteorie, en dit is rimpels in die weefsel van ruimte en tyd wat voortgebring word deur gewelddadige gebeure in die verre heelal - byvoorbeeld deur die botsing van twee swart gate of deur die kern. van supernova-ontploffings. Swaartekraggolwe word vrygestel deur massas te versnel, net soos radiogolwe geproduseer word deur versnelde ladings, soos elektrone in antennas. Terwyl hulle na die aarde reis, bring hierdie rimpelings in die ruimtetydstof inligting mee oor hul gewelddadige oorsprong en oor die aard van swaartekrag wat nie deur ander astronomiese instrumente verkry kan word nie.

Alhoewel dit nog nie direk opgespoor is nie, is die invloed van swaartekraggolwe op 'n binêre pulsarstelsel (twee neutronsterre wat om mekaar wentel) akkuraat gemeet en stem dit goed ooreen met die voorspellings. Wetenskaplikes vertrou dus dat swaartekraggolwe bestaan. Maar 'n direkte opsporing sal Einstein se visie op die golwe bevestig en 'n fassinerende nuwe venster in katastrofale in die kosmos moontlik maak.

LIGO is oorspronklik in die negentigerjare voorgestel as 'n manier om hierdie swaartekraggolwe op te spoor. Elk van die 4 km lange LIGO-interferometers (een elk by LIGO Hanford en by die LIGO-sterrewag in Livingston, Louisiana) gebruik 'n laser wat in twee balke gesplitst is wat heen en weer langs lang arms beweeg (dit is straalbuise van wat die lug ontruim is). Die balke word gebruik om die afstand tussen presies gekonfigureerde spieëls te monitor.

Volgens Einstein se teorie sal die relatiewe afstand tussen die spieëls baie effens verander as 'n swaartekraggolf verbygaan. Die oorspronklike konfigurasie van LIGO was sensitief genoeg om 'n verandering in die lengte van die 4 km-arms op te spoor met 'n afstand van 'n duisendste van die grootte van 'n proton Advanced LIGO, wat die infrastruktuur van LIGO sal benut, sal tien keer meer sensitief wees.

"Om hierdie verbetering te bewerkstellig, het ons baie lesse geleer uit die aanvanklike LIGO, dit saamgestel met die resultate van die wêreldwye R&D en 'n volledige herontwerp en vervanging van die detektors gemaak," sê David Shoemaker van MIT, die projekleier vir Advanced LIGO.

Ingesluit by die opgradering was veranderinge in die lasers (180 watt sterk gestabiliseerde stelsels), optika (40 kg versmelt-silika "toetsmassa" -spieëls wat deur versmelt-silika-vesels geskors is), seismiese isolasiestelsels (met behulp van traagheidswaarneming en terugvoer), en hoe die mikroskopiese beweging (minder as een miljardste van een miljardste meter) van die toetsmassas opgespoor word.

Die verandering van meer as 'n faktor van 10 in sensitiwiteit het ook 'n beduidende toename in die sensitiewe frekwensiebereik en die vermoë om die instrument op spesifieke astrofisiese bronne af te stel. Dit sal Advanced LIGO in staat stel om na die laaste minute van die lewe van pare massiewe swart gate te kyk terwyl hulle nader draai, in een groter swart gat saamgevloei en dan vibreer soos twee seepbelle wat een word. Dit laat die instrument ook toe om periodieke seine van die baie bekende pulse wat tussen 500 en 1000 Hertz uitstraal (frekwensies wat ooreenstem met hoë note op 'n orrel) te bepaal.

Gevorderde LIGO sal ook gebruik word om die gravitasiekosmiese agtergrond te soek - slegs 10 ^ -35 sekondes na die oerknal kan die teorieë oor die ontwikkeling van die heelal toelaat.

LIGO-navorsing word uitgevoer deur die LIGO Scientific Collaboration (LSC), 'n groep van ongeveer 950 wetenskaplikes aan universiteite in die Verenigde State en in 15 ander lande. Die LSC-netwerk bevat die LIGO-interferometers en die GEO600-interferometer, 'n bedank-en-toetsbed vir gevorderde detektortegnieke. GEO600 is geleë naby Hannover, Duitsland, en word ontwerp en bestuur deur wetenskaplikes van die Max Planck Instituut vir Gravitasiefisika en die Leibniz Universität Hannover, saam met vennote in die Verenigde Koninkryk wat deur die Wetenskap- en Tegnologiese Fasiliteitsraad (STFC) gefinansier word. Die LSC werk saam met die Virgo Collaboration - wat die 3 km lange Maagd-interferometer in Cascina, Italië, ontwerp en ontwerp het om data van die LIGO-, GEO- en Maagd-interferometers te ontleed.

"Die wêreld sal kyk hoe die gevorderde LIGO-detektors later vanjaar begin om data te neem, wat volgende jaar deur Maagd aangesluit word en in die toekoms deur ander detektors in 'n internasionale netwerk," sê Gabriela González, professor in fisika en sterrekunde aan die Louisiana State University en LSC-woordvoerder. "Die LSC berei voor vir die ontleding van data van gravitasiegolfdetektors deeglik en dadelik om astrofisika te bevorder, en verwag binne enkele jare beduidende resultate."

"Ek is al baie jare betrokke by die eksperimentele soeke na swaartekraggolwe en op grond van my persoonlike ervaring kan ek verklaar dat dit deesdae van kardinale belang is vir die hele internasionale gemeenskap, wat die doel van die eerste direkte opsporing nastreef, "sê Maagd-woordvoerder Fulvio Ricci, professor in eksperimentele fisika aan die Sapienza Universiteit van Rome. "Die begin van die Advanced LIGO-operasie is die belangrikste stap in die proses wat lei tot die ontplooiing van 'n internasionale netwerk van gevorderde detektore. Maagd en LIGO het voorheen data versamel en interessante fisika-resultate opgelewer. Nou is die tyd ryp vir 'n ontdekking en vir 'n nuwe hoofstuk in fundamentele boeke oor fisika en sterrekunde te skryf. '

Verskeie internasionale vennote het beduidende bydraes gelewer van toerusting, arbeid en kundigheid:

Die Britse vennote het die skorsingsamestelling en 'n paar optika verskaf vir die spieëls waarvan die bewegings die deurtrek van die swaartekraggolwe registreer, is gefinansier via die Britse STFC.

"Ek is verheug dat die presisie-geskorsde silica-skorsings, ontwikkel uit dié in die GEO600-detector en opgegradeer is om spieëls van 40 kg te dra, suksesvol in die Advanced LIGO-detektore geïntegreer is," sê Ken Strain, adjunkdirekteur van die Instituut vir Gravitasie. Navorsing aan die Universiteit van Glasgow en hoofondersoeker van die Advanced LIGO-projekspan in die Verenigde Koninkryk. "Dit maak die manier oop om waar te neem in die nabye toekoms."

Die Duitse bydrae was die hoë-krag, hoë-stabiliteit-laser waarvan die lig die werklike bewegings van die spieëls meet, wat via die Max Planck Society in München en die VolkswagenStiftung befonds is. Die laserstelsel is ontwikkel by die Albert Einstein Instituut en die Laser Zentrum Hannover.

"Ek is baie bly dat ons pasgemaakte hoëkrag-lasers tot die kernmetingstegnologieë van Advanced LIGO behoort," sê Karsten Danzmann, direkteur van die Max Planck Instituut vir Gravitasie Fisika (Albert Einstein Instituut / AEI), en direkteur van die Instituut vir Gravitasiefisika aan die Leibniz Universität Hannover. "Dit is 'n opwindende oomblik om te sien hoe Advanced LIGO aanlyn gaan met sleuteltegnologieë wat ontwikkel en getoets is by die AEI en die Britse-Duitse GEO600-sterrewag. Ons is nou 'n groot stap nader aan die eerste direkte opsporing van gravitasiegolwe."

'N Australiese konsortium van universiteite, gelei deur die Australiese Nasionale Universiteit en die Universiteit van Adelaide, en ondersteun deur die Australiese Navorsingsraad, het die stelsels bygedra om die optika aanvanklik te posisioneer en dan die optiese kromming tot die nanometer-presisie te meet.

"Dit is inspirerend om deel te wees van 'n samewerkende wêreldwye poging wat die sensitiefste detector ooit gebou het, en nou 'luister' na die swakste seine in die heelal wat deur sy gewelddadigste gebeure gegenereer word, 'sê David McClelland, professor in fisika en hoof van die Departement Kwantumwetenskap aan die Australiese Nasionale Universiteit. "Dit was opwindend om LIGO volwasse te sien as 'n navorsingspoging, en namate elke jaar verby is, het die generering van nuwe kennis en tegnologie al hoe belangriker geword," voeg Aidan Byrne, uitvoerende hoof van die Australiese Navorsingsraad, by. "Die LNR ... wens die LIGO-wetenskaplike samewerking die beste toe met die voortdurende jag op ontwykende swaartekraggolwe."

Die Universiteit van Florida en Columbia Universiteit het spesifieke verantwoordelikhede aanvaar vir die ontwerp en konstruksie van Advanced LIGO.


Kliënt- en nutsagteware

Die LIGO Scientific Collaboration is 'n groot en diverse groep, en die wye geografiese verspreiding bied 'n spesiale uitdaging vir die deel van sagteware-instrumente en kundigheid. Om hierdie probleem die hoof te bied, het ons 'n sagtewarepakket en sagteware-ontplooiingstelsel genaamd "LIGOtools" ontwikkel wat die gewone laste van sagteware-installasie en -onderhoud vermy. LIGOtools kan in enige gids ingestel word en installeer outomaties voorafgekompileerde binaries vir die hoofplatforms wat deur LIGO-wetenskaplikes gebruik word.


Langer basislynverklikkers in die ruimte

Die interessantste gravitasiegolfseine - die gevolg van die vorming en samesmelting van swart gate in die omgewing van 10 3 tot 106 sonmassas - sal in die omgewing van 10 -4 Hz tot 10 -1 Hz lê, en 'n detektor waarvan die spanning sensitiwiteit is ongeveer 10-23 oor relevante tydskale is nodig om hierna te soek. Die mees belowende manier om sulke seine te soek, is om 'n laserinterferometer in die ruimte te laat vlieg, dit wil sê om 'n aantal sleepvrye ruimtetuie in 'n baan te laat loop en om die afstande tussen toetsmassas in hierdie tuig met behulp van laserinterferometrie te vergelyk.LISA - Laser Interferometer Space Antenna (sien byvoorbeeld [51, 52, 28]) - word voorgestel deur 'n Amerikaanse / Europese span; dit bestaan ​​uit 'n skikking van drie sleufvrye ruimtetuie aan die hoekpunte van 'n gelyksydige driehoek van die lengte van sy 5 × 10 6 km. Hierdie groep word in 'n aarde-agtige baan geplaas op 'n afstand van 1 AE van die son en 20 grade agter die aarde. Bewysmassas in die ruimtetuig (twee in elke ruimtetuig) vorm die eindpunte van drie afsonderlike maar nie onafhanklike interferometers nie. Elke enkele tweearm-interferometer van die Michelson-tipe is gevorm uit 'n hoekpunt (wat eintlik bestaan ​​uit die bewysmassas in 'n 'sentrale' ruimtetuig) en die massas in twee afgeleë ruimtetuie soos aangedui in Fig. 12.

Die voorgestelde LISA-detector.

Die drie-interferometer-opset bied oortolligheid teen komponentfout, gee 'n beter opsporingskans en laat die polarisasie van die inkomende straling toe. Die ruimtetuig waarin hulle geakkommodeer word, beskerm elke paar bewysmassas teen eksterne versteurings (bv. Sonstralingsdruk). Sleepvrye beheerservos stel die ruimtetuig in staat om die proefmassas tot 'n hoë vlak van presisie te volg, terwyl die sleepvergoeding met behulp van proporsionele elektriese stuwers geskied. Beligting van die interferometers vind plaas deur sterk gestabiliseerde laserlig van Nd: YAG-lasers met 'n golflengte van 1.064 mikron, en laserkragte van ≃ 1 W is beskikbaar by monolitiese, nie-plan ring ossillators wat met diode gepomp word. Vir elke interferometer - bestaande uit 'n sentrale ruimtetuig en twee ruimtelike ruimtes - is twee lasers in die sentrale ruimtetuig, wat langs een van die arms wys, fase-saamgesluit sodat dit effektief as 'n enkele laser optree. Om LISA se ontwerpprestasie te bereik, moet aangrensende armlengtes met 'n akkuraatheid van beter as 30 nm (Hz) -1/2 gewaar word. Vanweë die lang afstande en die ruimtelike omvang van die laserstrale (die afbrekingsbeperkte grootte van die laservlek, nadat dit 5 × 10 6 km afgelê het, is ongeveer 50 km in deursnee), maak die lae fotonstrome dit onmoontlik om standaardspieëls te gebruik refleksie, dus sal aktiewe spieëls met fasevergrendelde laser transponders op die ruimtetuig geïmplementeer word. Teleskoopspieëls sal gebruik word om diffraksieverliese by die oordrag van die balk te verminder en om die versamelarea vir ontvangs van die balk te vergroot. Aangesien die beskikbare laserkrag in elke arm in die orde van 1 W is, en dat argumente soortgelyk aan dié wat reeds vir grondgebaseerde detektore bespreek is, aangevoer kan word, dui die oorwegings van foto-elektronskootgeluide aan dat die diameters van die stuur- en ontvangspieëls in die ruimte handwerk moet ≃ 30 cm wees.

Net soos in die geval van gronddetektoren, is die teenwoordigheid van laserfrekwensie-geraas 'n beperkende faktor. Dit lei tot 'n fout in die meting van elke armlengte. As die arms gelyk is, verdwyn hierdie foute, maar as dit ongelyk is, kan die vergelyking van lengtes wat gebruik word om gravitasiegolwe te soek, oorheers word deur frekwensiegeraas. Vir die 5 × 10 9 m lange arms van LISA is daar waarskynlik 'n verskil in armlengte van 10 8 m. Dan, vir 'n relatiewe armlengte meting van 2 × 10 -12 m (Hz) -1/2 (die foutbegrotingsvlak toegelaat in die LISA-ontwerp vir hierdie geraasbron), stel vergelyking (12) voor dat 'n laserstabiliteit van ≃ 6 × 10 -6 Hz (Hz) -1/2 is 'n vereiste, 'n vlak wat baie beter is as wat die laser alleen kan bereik. Dus moet frekwensie-stabilisering voorsien word. Die primêre stabiliseringsmetode is om die frekwensie van een laser in die stelsel vas te hou op 'n Fabry-Perot-holte wat op een van die vaartuie gemonteer is - sien byvoorbeeld [63] - en dan om hierdie stabiliteit effektief na ander lasers in die stelsel oor te dra. deur fase-sluit tegnieke. Met die temperatuurschommelinge binne elke tuig beperk in die omgewing van 10-3 Hz tot ongeveer 10-6 K (Hz) -1/2 deur drie fases van termiese isolasie, kan 'n holte gevorm word uit materiaal met 'n lae uitbreidingskoëffisiënt soos ULE 'n stabiliteitsvlak van ongeveer 30 Hz (Hz) -1/2. Hierdie vlak van laserfrekwensiegeraas is duidelik baie slegter as die vereiste 6 × 10 -6 Hz (Hz) -1/2 en 'n verdere regstellingskema is nodig. Verdere frekwensie-regstelling word verskaf deur die fase van die lig wat in elke arm terugkeer, te vergelyk met die fase van die oordraagbare lig. Die faseverskil, gemeet oor die vlugtyd in die arm, laat 'n skatting van die laserfrekwensie-geraas toe [91, 29, 35]. Vir die arm van lengte L

en dus as die spektraaldigtheid δϕ gemeet word, is die spektraaldigtheid δv geskat kan word. Hierdie skatting kan dan gebruik word om die sein wat verkry is, reg te stel deur die faseverskilmetings in twee aangrensende arms af te trek, sodat die soeke na swaartekraggolwe kan plaasvind. Hierdie regstelling word vergemaklik as elke armlengte tot enkele km bekend is en die verskil in armlengte enkele tientalle meter bekend is. Hierdie hoeveelhede moet vanaf radar- en optiese variasiemetings beskikbaar wees. As hulle egter nie goed genoeg bekend is nie, kan dit gevind word deur 'n reeks moontlike waardes te soek om die effek van frekwensiegeraas op die 'gravitasiegolf'-sein te minimaliseer.

Daar is baie ander kwessies wat verband hou met die laser-interferometrie vir LISA wat nie hier behandel word nie, en die belangstellende leser moet verwys na [43] vir 'n bespreking van sommige hiervan.

LISA is deur ESA aangeneem as 'n hoeksteenprojek in hul post Horizon 2000-program en die moontlikheid dat dit 'n gesamentlike samewerkingsmissie van die ESA / NASA kan wees, word tans entoesiasties aangespreek.


Gevorderde LIGO David Shoemaker vir die LIGO Scientific

Gevorderde LIGO-LIGO-missie: ontdek swaartekraggolwe en begin GW-astronomie Volgende detector »Moes die waarneembaarheid van bekende bronne verseker het» Moet op die grense van redelike ekstrapolasies van die fisika en tegnologieë van die detector wees »Moet 'n realiseerbare, praktiese, betroubare instrument wees» Moet kom bestaan ​​nie te vroeg nie te laat Gevorderde LIGO wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 2

Aanvanklike en gevorderde LIGO (Bespreking deur Schutz) Faktor 10 beter amplitudegevoeligheid l »(Bereik) 3 = tempo Faktor 4 laer frekwensie gebind Faktor 100 beter smalband NS Binaries: l l l» Aanvanklike LIGO:

350 Mpc BH Binaries: l »Aanvanklike LIGO: 10 Mo, 100 Mpc» Adv LIGO: 50 Mo, z = 2 • Bekende Pulsars: l Stogastiese agtergrond: »Aanvanklike LIGO: e 3 x 10 -6» Adv LIGO e 2 x 10 -8 0 & gt & gt Aanvanklike LIGO: Ω

3 x 10-9 40 Hz 1 G 030305 -00 -M LIGO Wetenskaplike samewerking 3

Anatomie van die geprojekteerde prestasie van die LIGO-detector van die Adv 10-21 l Newtonse agtergrond, skatting vir LIGO-terreine 10 -22 Aanvanklike LIGO 10 -23 Gevorderde LIGO NS-NS Afstemming 10 -24 10 Hz 100 Hz 1 k. Hz Advanced LIGO & # 039's Fabry-Perot Michelson Interferometer is 'n platform vir alle huidige verbeteringe aan hierdie detektorargitektuur (bv. Praatjie deur D'Ambrosio oor plat Newton-agtergrondonderdrukking) LIGO-strale Wetenskaplike samespraak 4 G 030305 -00 -M

Ontwerpkenmerke 40 KG SAPPHIRE TOETSMASSASIES AKTIEWE ISOLASIE QUAD SILICA OPSUSPENSIE 180 W LASER, MODULASIE STELSEL PRM BS ITM ETM SRM PD Kragherwinning Spieëlstraalsplitter Invoertoets Massa Eindtoets Massa Seinherwinning Spieël Fotodiode LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 5

Laser 40 KG SAPPHIRE TOETSMASSASIES AKTIEWE ISOLASIE QUAD SILICA OPSKORTLIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 6

Voor-gestabiliseerde laser (Bespreking deur Frede) l Vereis die maksimum krag wat verenigbaar is met optiese materiale »Drie benaderings bestudeer deur LSC-samewerking - stabiele / onstabiele plaatoscillator (Adelaide), plaatversterker (Stanford), eindpompstaaf-ossillator (Laser Zentrum Hannover (LZH)) se evaluering kom tot die gevolgtrekking dat al drie moontlik lyk »Baseline-ontwerp gaan voort met staaf-ossillator met eindpomp, inspuiting op 'n NPRO geblokkeer» 2003: Prototipering ver gevorderd - ½ van Slave-stelsel het 87 W-uitset f QR NPRO f FI BP FI ontwikkel f QR [email & # 160protected] [email & # 160protected] f modemaching optics f 2 ff YAG / Nd: YAG / YAG 3 x 7 x 40 x 7 High Power Slave LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M EOM YAG / Nd: YAG 3 x 2 x 6 BP 20 W Meester 7

Voorgestabiliseerde laser l Algehele substelselontwerp soortgelyk aan aanvanklike LIGO »Frekwensie-stabilisering tot vaste verwysingsholte, 10 Hz / Hz 1/2 by 10 Hz benodig (10 Hz / Hz 1/2 by 12 Hz gesien in aanvanklike LIGO)» Intensiteitsstabilisering tot fotodiode in vacuüm, 2 x 10-9 ΔP / P by 10 Hz benodig (1 x 10-8 by 10 Hz gedemonstreer) l Max Planck Instituut, Hannover lei die vooraf gestabiliseerde laserontwikkeling »Noue interaksie met Laser Zentrum Hannover» Ervaring met GEO-600 laser, betroubaarheid, verpakking »Duitsland dra laser by tot Advanced LIGO Scientific Collaboration G 030305 -00 -M 8

Invoeroptiek, modulasie 40 KG SAPPHIRE TOETSMASSASIE AKTIEWE ISOLASIE QUAD SILICA OPSUSPENSIE LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 9

Invoeroptiek l Bied fasemodulasie vir lengte, hoekbeheer (Pound-Drever-Hall) Stabiliseer straalposisie, frekwensie met ophangende modus-skoonmakerholte Pas ooreen met hoofoptiek (6 cm-straal) met opgeskorte teleskoop Ontwerp soortgelyk aan aanvanklike LIGO maar 20 x hoër krag l Uitdagings: lll »Modulatoren» Faraday Isolators LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 10

Input Optics l Universiteit van Florida toonaangewende ontwikkelingspoging »Wat betref die aanvanklike LIGO l High-power rubidium tantanyl fosfaat (RTP) elektro-optiese modulator ontwikkel» Langtermyn blootstelling by gevorderde LIGO kragdigthede, sonder agteruitgang l Faraday isolator van IAP-Nizhny Novgorod »Termiese dubbelbreking word vergoed» Ok tot 80 W - kragtiger toetslaser word geïnstalleer by LIGO Livingston LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 11

Toetsmassas 40 KG SAPPHIRE TOETSMASSASIES AKTIEWE ISOLASIE QUAD SILICA OPSUSPENSIE 200 W LASER, MODULASIE STELSEL LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 12

Toetsmassas / kernoptiek l Absoluut sentrale meganiese en optiese element in die detektor »830 k. W & lt1 dpm verlies & lt20 dpm verspreiding »2 x 108 Q 40 kg 32 cm dia ll Sapphire is die basiese toetsmassa / kernoptiese materiaalontwikkelingsprogram aan die gang Karakterisering deur baie aktiewe en breë LSC-werkgroep Lae meganiese verlies, hoë digtheid, hoë termiese geleidingsvermoë alle gewenste eienskappe van saffier Gesmelte kiezelzuur bly 'n lewensvatbare alternatief Volgrootte Gevorderde LIGO saffier substraat LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 13

Core Optics Compensation Polish l Vervaardiging van Sapphire: »4 gevorderde gevorderde LIGO-kegels op volle grootte (Crystal Systems) 31. 4 x 13 cm twee verkry l Meganiese verliese: vereiste voldoen» onlangs gemeet op 200 miljoen (ongecoat) l Bulkhomogeniteit: vereiste met »Sapphire soos afgelewer, het 50 nm-rms vervorming» Goodrich 10 nm-rms-vergoedingspoetsmiddel l voor Polystegnologie: »CSIRO het 'n 15 cm diamant saffierstuk gepoleer: 1. 0 nm-rms uniformiteit oor die sentrale 120 mm (vereiste is 0 75 nm) l Grootabsorpsie: »Eenvormigheid moet werk» Gemiddelde vlak

60 dpm, 40 dpm gewenste LIGO wetenskaplike samewerking »Uitgloeiing getoon om verliese te verminder G 030305 -00 -M na 14

Spieëlbedekkings 40 KG SAPPHIRE TOETSMASSASIES AKTIEWE ISOLASIEKLEDINGS QUAD SILICA SUSPENSIE 200 W LASER, MODULASIE STELSEL LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 15

Toets massa-bedekkings (gesprekke deur Pinard, Crooks, Rowan) l l Optiese absorpsie (

0. 5 dpm), strooi voldoen aan die vereistes vir (goeie) konvensionele bedekkings Termiese geraas as gevolg van meganiese verlies van die laag, erken LSC-program word aan die gang gesit om lae-verlies-bedekkings te ontwikkel. Vereiste laag. Metings op 'n verskeidenheid monsters Ta 2 O 5 geïdentifiseer as hoofbron van verlies Toetsbedekkings toon ietwat verlaagde verlies »Alumina / Tantala» Gedoopte silika / Tantala II Standaardbedekking Behoefte

5 x vermindering van die verlies om die prestasie minimaal te benut Uitbreiding van die ontwikkelingsprogram vir bekledings »RFP tot 5 verkopers verwag om 2 l te kies Direkte meting via TNI-interferometer met spesiale doel Eerstens geïnstalleerde bedekkings benodig in

2. 5 jaar - stel die tydskaal LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 16 in

Termiese vergoeding 40 KG SAPPHIRE-TOETSMASSASIES AKTIEWE ISOLASIEKLEDINGS QUAD SILICA SUSPENSIE 200 W LASER, MODULASIESTELME LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 17

Aktiewe termiese vergoeding (Bespreking deur Degallaix) lll Verwyder oortollige 'fokus' as gevolg van absorpsie in coating, substraat Laat optika toe by alle insetkragte. Aanvanklike R & ampD suksesvol afgehandel l Beskermde ringkompensatorstoets 20 nm LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M ITM SRM Optiese baanvervorming l Gesofistikeerde termiese model ('Melody') ontwikkel om behoeftes en oplossing te bereken Gingin-fasiliteit (ACIGA) gereedmaak toetse met laboratoriumskorsings, optika Toepassing op aanvanklike LIGO ter voorbereiding Vergoedingsplate PRM »Ryan Lawrence MIT Ph. D-proefskrif» Kwasi-statiese ringvormige bykomende verwarming »Skandeer om onreëlmatige absorpsie aan te vul l ITM 0 5 mm 10 18 15

Seismiese isolasie 40 KG SAPPHIRE-TOETS MASSASIE AKTIEWE ISOLASIEKLEDINGS QUAD SILICA SUSPENSIE 200 W LASER, MODULASIE STELSEL LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 19

Isolasie: Vereistes (Bespreking deur Giaime) l Maak seismiese geraas 'n weglaatbare beperking op GW-soektogte »Newtonse agtergrond sal oorheers vir frekwensies minder as

15 Hz »Opskorting en isolasie dra by tot verswakking l Verminder of skakel die werking van toetsmassas uit» Aktiveringsbron vir direkte geraas, verhoog ook die termiese geraas »Aanwinste uitdaging aansienlik verminder» In-lock (detectie modus) beheerstelsel uitdaging word ook verminder Seismiese bydrae LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M Newtonse agtergrond 20

Isolasie: tweestadige platform l Kies 'n aktiewe benadering: »hoë-wins servostelsels, twee fases van 6 vryheidsgrade elk» Laat uitgebreide afstemming van die stelsel na installasie toe, bedryfswyses »Dynamiek ontkoppel van veringstelsels. Lood by LSU Stanford Engineering-toetsfasiliteit Prototipe vervaardig »Meganiese stelsel voltooi» Instrumentasie word geïnstalleer »Eerste metings dui op uitstekende aandrywer - struktuurbelyning LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 21

1 Hz) »Gety, mikroseismies" />

Isolasie: Voorisolator l Eksterne stadium van lae frekwensie voorisolasie (

1 Hz) »Gety, mikro-seismiese piekvermindering» GS-belyning / posisiebeheer en aflaai van die suspensies »1 mm pp-reeks sal by Stanford Prototipes lei in toets en evaluering by MIT vir vroeë ontplooiing by Livingston om die impak op kulturele geraas op aanvanklike LIGO »Stelselprestasie oortref gevorderde LIGO-vereistes LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 22

Suspensie 40 KG SAPPHIRE TOETSMASSASIES AKTIEWE ISOLASIEKLEDINGS QUAD SILICA SUSPENSIE 200 W LASER, MODULASIE STELSEL LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 23

Opskortings: toets massa-kwads (gesprekke deur Willke, Smith, Goßler) II Neem GEO 600 monolitiese ophanging aan Vereistes: »minimaliseer opskortingstermiese geluid» Komplement seismiese isolasie »Bied bedieningshiërargie l Viervoudige slingerontwerp gekies» Gesmelte silika-vesels, gebind om toetsmassa »Blaarvere (VIRGO-oorsprong) vir vertikale nakoming l Die sukses van GEO 600 is 'n aansienlike troos» 2002: Alle gesmelte silika-suspensies is geïnstalleer l PPARC-finansiering goedgekeur: beduidende finansiële, tegniese bydrae vierwielophangings, elektronika en 'n paar saffier substrate »U Glasgow, Birmingham , Rutherford »Vierde voorsprong in LIGO Scientific Collaboration UK 030305 -00 -M 24

Skorsings: drievoudig l Drievoudige skorsings vir hulpoptika »Ontspanne prestasievereistes ll Gebruik dieselfde versmelt-silika-ontwerp, beheerhiërargie Prototipe van modus Skoner drievoudige ophanging vervaardig Demping van modusse gedemonstreer Om in die herfs van 2003 in MIT LASTI-toetsfasiliteit geïnstalleer te word» Pas toetse » Beheer- / inwerkingstellingstoets LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 25

GW-uitlees 40 KG SAPPHIRE-TOETS MASSIES AKTIEWE ISOLASIEKLEDINGS QUAD SILICA OPSUSPENSIE 200 W LASER, MODULASIESTELME LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 26

GW-lesing, stelsels l Signal recycle Michelson Fabry-Perot »Bied buigsaamheid in instrumentrespons, optimalisering vir tegniese geluide, bronne» Kan ook smalband-reaksie lewer -

2 k. Hz »Kritieke voordeel: kan optiese krag in interferometer na wense versprei lll Hoëfrekwensie smalband Drie prototipes op die tafelblad gee Thermiese geluidsrigting vir waarneming, sluitstelsel Glasgow 10 m prototipe: beheer matrikselemente bevestig Uitleeskeuse - DC eerder as RF vir GW aanvoeling »Offset

1 pikometer vanaf interferometer donker rand »Beste SNR, vereenvoudig laser-, fotodeteksievereistes l Caltech 40 m prototipe in konstruksie, vroeë toetsing» Volledige end-tot-einde toets van uitlees, kontroles, data-verkryging Lae frekwensie optimalisering LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 - 00 -M 27

Stelseltoets lll Aanvanklike LIGO-ervaring: deeglike toetsing van die werf nodig, baie belangrik in die gevorderde LIGO-plan: toetsing van akkurate prototipes Twee hooffasiliteite: »MIT LASTI-fasiliteit - volskaalse toetse van seismiese isolasie, suspensies, laser, modus Cleaner» Caltech 40 m interferometer - waarneming / beheermaatreëls, ingenieursmodel l Ondersteuning van LSC-toetsbeddens »» Gingin - termiese vergoeding Glasgow 10 m - uitlees Stanford ETF - seismiese isolasie GEO 600 - veel meer as 'n prototipe! LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 28

Omvang van die voorstel l Opgradering van die detektor »Alle interferometer-substelsels» Data-verkrygings- en beheerinfrastruktuur »» Geboue, fondamente, dienste, 4 km arms onveranderd Huidige vakuumkwaliteit is voldoende vir Advanced LIGO - 10 -7 torr Skuif 2 km toetsmassa-kamers tot 4 km-punt by Hanford. Vervanging van

15 m lange spoelstuk in vakuumapparatuur LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 29

Opgradering van al drie interferometers l In die ontdekkingsfase, stel al drie in op breëbandkurwe »3 interferometers verdubbel bykans die gebeurtenissnelheid oor 2 interferometers» Verbeter nie-Gaussiese statistieke »Inbedryfstelling op ander LHO IFO terwyl daar waargeneem word met LHO-LLO-paar l In waarnemingsfase , kan dieselfde IFO-konfigurasie ingestel word om sensitiwiteit vir lae of hoë frekwensie te verhoog »submikronverskuiwing in die werkpunt van een spieël is voldoende» derde IFO kan e. g. , - neem waar met 'n smalband VIRGO - fokus alleen op 'n bekende frekwensie periodieke bron - fokus op 'n smal frekwensieband wat verband hou met 'n samesmelting, of BH-lui van 'n inspirasie wat deur ander twee IFO's LIGO Wetenskaplike samewerking opgespoor word G 030305 -00 - M 30

Basisplan l Aanvanklike LIGO-waarneming by ontwerpgevoeligheid 2004 - 2006 »Belangrike waarneming in die LIGO-sterrewag» Belangrike netwerkwaarneming met GEO, VIRGO, TAMA l Gestruktureerde R & ampD-program om tegnologieë te ontwikkel »Konseptuele ontwerp ontwikkel deur LSC in 1998» Samewerkingsooreenkoms dra R & ampD tot Final Ontwerp nou: die voorstel is vir vervaardiging, die installasie word positief hersien "... proses wat lei tot konstruksie moet voortgaan." Langloodaankope beplan vir 2004, werklike begin 2005 sal »Sapphire Test Massamateriaal, vervaardiging van seismiese isolasie» Berei 'n 'voorraad' toerusting voor vir minimum stilstandtyd, snelle installasie l Begin die installasie in 2007 »Basislyn is 'n verskuilde installasie, Livingston en dan Hanford ll Toevallige waarnemings teen 2010 Optimisme vir netwerkwaarneming met ander instrumente uit die 'tweede generasie' LIGO Wetenskaplike samewerking G 030305 -00 -M 31

Gevorderde LIGO lll Aanvanklike instrumente, data wat help om die veld van interferometriese GW-opsporing te vestig Gevorderde LIGO beloof opwindende astrofisika Aansienlike vordering in O & O, ontwerp Nog steeds 'n paar goeie probleme op te los 'n Breë gemeenskapsinspanning, internasionale ondersteuning Gevorderde LIGO sal 'n belangrike rol speel in die leiding die veld na LIGO Scientific Collaboration G 030305 -00 -M 32