Сегодня, 10 апреля 2024 года, в 19:00 по московскому времени детекторы LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) в Америке и Virgo в Италии снова включатся и продолжат работу до февраля 2025 года. Это означает начало нового наблюдательного цикла, 04b, в течение которого интерферометры будут прослушивать космос в поисках сигналов гравитационных волн — пульсаций пространства-времени, порожденных высокоэнергетическими космическими событиями.
Предыдущий цикл, 04a, начался 24 мая 2023 года и завершился 16 января 2024 года, но в нем участвовал только LIGO. Теперь к работе приступит и Virgo, расположенный в Каскине, провинция Пиза, Италия. К концу сессии также присоединится интерферометр KAGRA (KAmioka GRAvitational Wave Detector) в Японии.
Гравитационные волны были предсказаны в 1916 году как волновые решения линеаризованного уравнения поля Эйнштейна в рамках общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Согласно этой теории, кривизна и искажение пространства-времени связаны с распределением массы и энергии. Поэтому во время космических событий, когда огромные массы резко меняют свое распределение (например, при взрыве сверхновых или столкновении компактных объектов), пространство-время испытывает колебания.
Эта ударная волна распространяется волновым образом, и сигнал, являющийся формой излучения, может быть обнаружен. LIGO и Virgo состоят из перпендикулярных рукавов длиной 3-4 км — туннелей, через которые проходят лазерные лучи.
Когда гравитационные волны проходят через Землю, они деформируют пространство-время, почти незаметно изменяя длину рукавов. Детектор измеряет разницу фаз между лазерными лучами, отраженными зеркалами на концах рукавов, и таким образом измеряет гравитационные волны. Первое обнаружение произошло 14 сентября 2015 года в 12:50:45 по московскому времени, причем LIGO и Virgo совпали во времени на 10 миллисекунд.
Объявление об этом открытии было сделано 11 февраля 2016 года. Сигнал, обнаруженный LIGO и Virgo, состоял в наблюдении волны, испущенной в последнюю долю секунды процесса слияния двух черных дыр, находящихся на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет друг от друга. К LIGO и Virgo также присоединится KAGRA Со временем родилась Международная сеть обсерваторий гравитационных волн (IGWN).
Это сеть гравитационно-волновых интерферометров, частью которой являются LIGO, Virgo, интерферометр KAGRA в Японии и Geo600 в Германии, а также будущий объект LIGO в Индии. Программа наблюдений всех этих детекторов делится на наблюдательные циклы, периоды простоя для строительства и ввода в эксплуатацию, а также переходные циклы между вводом в эксплуатацию и наблюдательными циклами.
Во время наблюдательных циклов будут периоды скоординированной деятельности между различными обсерваториями. В цикле 04b будут сотрудничать LIGO, Virgo и KAGRA. Первые две будут введены в эксплуатацию сегодня в 15:00 UTC.
KAGRA также должна была присоединиться к проекту сегодня, однако ее ввод в эксплуатацию пришлось отложить из-за землетрясения магнитудой 7,6 на полуострове Ното 1 января 2024 года, в 120 км от места расположения KAGRA.
Повреждения туннеля, вакуумной системы и криогенной системы были незначительными, но 9 из 20 систем подвеса зеркал нуждаются в ремонте, что потребует задержки как минимум на шесть месяцев по сравнению с предыдущим планом, пишет EGO (Европейская гравитационная обсерватория).
Цель этого цикла исследований заключается в том, чтобы к февралю 2025 года, планируемой дате окончания, LIGO и Virgo смогли зарегистрировать не менее 200 сигналов гравитационных волн. Ученые стремятся к обнаружению событий, в которых будет зафиксирован не только сигнал гравитационной волны, но и световой сигнал, который можно измерить с помощью других телескопов на Земле или в космосе.
Присутствие Virgo и модернизация оборудования способны значительно повлиять на исследования. За три месяца работы детекторы LIGO в Хэнфорде (штат Вашингтон) и Ливингстоне (штат Луизиана) прошли техническое обслуживание и модификацию. Особое внимание уделялось улучшению оптических систем, систем отслеживания и изоляции источников шума в вакуумных камерах экспериментальных помещений на концах 4-километровых рукавов.
Новые, более точные модели сигналов и усовершенствованные методы анализа данных повысят вероятность обнаружения новой информации, в том числе данных о стохастическом фоне гравитационных волн, вызванных случайной суперпозицией волн, возникших на ранних стадиях развития Вселенной.
Планируемая продолжительность цикла составляет 18 месяцев, не включая перерыв на пусконаладочные работы с января по настоящее время. Только за первые семь с половиной месяцев LIGO зарегистрировал 81 высоковероятный кандидат на гравитационное событие, и анализ огромного объема данных все еще продолжается.