Гравитационные волны — может, сейчас?

Ведущие исследователи уверены, что проект Advanced LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatories — лазерные интерферометрические гравитационно-волновые обсерватории) сможет впервые зафиксировать гравитационные волны от нейтронных звезд и черных дыр, как предсказывал Эйнштейн в своей общей теории относительности.

«Ограниченный LIGO не гарантировал обнаружения, — говорит Альберт Лаццарини, заместитель директора LIGO в Калифорнийском технологическом институте. — С Advanced (усовершенствованным) LIGO будет очень странно, если мы так и не сможем ничего найти».

Гравитационные волны — это рябь, которая предположительно возникает в ткани пространства-времени в результате межзвездных столкновений, взрывов или значительных перемещений больших и сверхплотных объектов, таких как нейтронные звезды. Эта рябь может потом проходить через пространство-время, занимаемое Землей, вызывая легкие искажения, которые и призван засечь Advanced LIGO.

LIGO старается засечь гравитационные волны, используя сверхточные лазеры для измерения времени, требующегося свету для прохождения расстояния между зеркалами. Два комплекта обращенных друг к другу зеркал располагаются под прямым углом друг к другу, образуя соединяющуюся в вершине угла Г-образную конструкцию. Лазерный луч выстреливается из  Г-образного расщепителя в углу, разделяющего его на два луча, попадающих каждый в свой комплект зеркал.

Схема детектора LIGO, фиксирующего рябь в пространстве-времени с помощью интерферометра. LIGO Laboratory

Лазерный интерферометр замеряет, за какое время лазер прошел расстояние туда и обратно между зеркалами на сторонах «Г», прежде чем вернуться в светодетектор в углу буквы «Г». Теоретически лучи должны вернуться одновременно, поскольку стороны «Г» одинаковы по длине — если только проходящая гравитационная волна не исказит местную ткань пространства-времени и не изменит расстояние.

Но обсерватории, работающей с 2002 года, только предстоит засечь неуловимые и все еще теоретические волны.

Еще когда LIGO был только замыслом, ученые предвидели, что прогресс в лазерных технологиях и изготовлении зеркал позволит LIGO достичь еще более высокой чувствительности, поэтому проект Advanced LIGO стал естественным апгрейдом обсерватории. Недавно Национальный научно-исследовательский фонд США одобрил предложение усовершенствовать LIGO в течение ближайших семи лет, уже в 2008 году выделив на это $32,75 миллионов.

«Первые несколько часов наблюдений с помощью новых инструментов будут практически равноценны первому году наблюдений с теперешними инструментами LIGO, — говорит Лаццарини. — Сейчас на LIGO мы можем проверять несколько сотен галактик вплоть до звездного скопления Девы. Помножьте это число на тысячу и вы получите космологический режим измерения десятков тысяч галактик».

Интерферометр в Хенфорде, Вашингтон — часть обсерватории LIGO, ожидающей апгрейда. LIGO Laboratory

Это тысячекратное увеличение степени покрытия обусловлено 10-кратным увеличением чувствительности LIGO.

Бóльшие зеркала из лучших материалов сократят фоновый «шум», вызванный спорадическим движением атомов при комнатной температуре, а мощность лазера подскочит с 10 ватт до 180. Advanced LIGO будет лучше защищено от любых земных колебаний благодаря сервоуправляемой системе, пришедшей на смену старой пассивной пружинной системе.

Благодаря международному сотрудничеству Advanced LIGO со временем станет частью широкой сети детекторов гравитационных волн.