LIGO

LIGO
Severní rameno zařízení LIGO ve státě Washington
Severní rameno zařízení LIGO ve státě Washington
Alternativní názvyLIGO
OrganizaceLIGO Scientific Collaboration
MístoWashington, Livingston a Hanford
StátSpojené státy americké
Souřadnice46°27′18,5″ s. š., 119°24′27,6″ z. d.
První světlo23. srpna 2002
Webová stránkahttps://www.ligo.caltech.edu/
CommonsLIGO
Některá data mohou pocházet z datové položky.

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) je vědecké zařízení v USA, které 14. září 2015 jako první přímo detekovalo gravitační vlny. Bylo postaveno v roce 2002. Pracuje na principu porovnávání dvou identických laserových paprsků v interferometru. Jeho vylepšená verze dokončená v roce 2015 je označována jako aLIGO (Advanced LIGO).

Charakteristika

Projekt LIGO sestává ze dvou stejných detektorů nacházejících se v amerických státech Washington a Louisiana. Jejich velká vzdálenost (3 000 km) zabraňuje tomu, aby byly rušeny stejným šumem okolí, například zemětřesením.[1]

Dioda, která zaznamenala první gravitační vlny

Každý detektor je tvořen dvěma rameny o délce 4 km svírajícími pravý úhel. V nich jsou ve vakuu vyslány dva identické laserové paprsky,[2] které se na konci ramen odrazí od zrcadel a v místě styku se v interferometru porovnají. V nerušeném prostoru by měly být jejich dráhy ideálně stejné a paprsky by tedy měly dorazit ve stejné fázi.[3] Pokud však zařízením projde gravitační vlna, délky ramen se nepatrně změní a paprsky se potkají fázově posunuté. Výsledný paprsek by tak měl mít jinou intenzitu než ve stavu bez gravitačních vln.

Zařízení je po modernizaci schopné změřit změnu vzdáleností s přesností 10−18 metru (tedy přibližně tisíckrát menší, než je velikost protonu nebo neutronu).[3] Aby bylo možné detekovat gravitační vlny, musí být zařízení schopno eliminovat rušení, která mohou způsobovat mnohem větší změny rozměrů jednotlivých ramen, především různé otřesy a vibrace.

Zjednodušené schéma zařízení

Na výzkumu pomocí detektoru LIGO spolupracují vědci z mnoha univerzit jako MIT nebo Caltech. Projekt financovala nadace National Science Foundation. Byl vybudován za sumu 620 milionů amerických dolarů, čímž se jedná o nejnákladnější projekt této nadace.

Pozorování

Během pozorování v letech 2002 až 2010 nebylo prokázáno, že by byly gravitační vlny detekovány. Poté byly detektory nahrazeny vylepšenými, třikrát citlivějšími (vyměněny byly lasery i zrcadla).[4]. Zařízení bylo pod označením Advanced LIGO spuštěno v září 2015.[4] Přibližně do roku 2021 by se měla citlivost přístroje zvýšit ještě o jeden řád a měl by podle teoretických předpovědí zachytit až několik desítek událostí ročně.[4]

Schematické znázornění detektoru a záznamu měření

V únoru 2016 bylo oznámeno, že zařízení gravitační vlny zaznamenalo.[3] Stalo se tak 14. září 2015 (GW150914), v době, kdy byl experiment ve fázi posledních zkoušek (oficiálně sběr vědeckých dat začal až o tři dny později).[3] Zachycené gravitační vlny vznikly při srážce dvou černých děr, jejichž hmotnost se pohybovala kolem 30 a 35 Sluncí.

V době prvního běhu detektoru aLIGO (září 2015 až leden 2016) byly detekovány ještě další tři události.[5] V červnu 2016 byla publikována analýza pozorování události z 26. prosince 2015 (GW151226), při které splynuly černé díry o hmotnostech 14,2 a 7,5 Sluncí.[6] V červnu 2017 byla oznámena třetí detekce z ledna 2017 (GW170104).[7]

Spolupráce

Detektory Ligo úzce spolupracují s obdobným evropským detektorem Virgo, protože jen kombinací všech tří měření je možné určit místo na obloze, odkud gravitační vlny přišly.[8] Prvním jejich společným záznamem byly 14. srpna 2017 vlny označované jako GW170814, které byly vyprodukovány srážkou dvou černých děr. O tři dny později následovala známější detekce GW170817, při níž byly poprvé zaznamenány vlny způsobené srážkou dvou neutronových hvězd – jevem označovaným jako kilonova.[9]

Budoucnost

Je navržena třetí generace gravitačního detektoru nazvaná Cosmic Explorer. Délka ramen by měla mít 40 km.

Reference

  1. ↑ Zásadní zlom ve studiu vesmíru. Vědci poprvé zachytili gravitační vlny [online]. Česká televize, 2016-02-11 [cit. 2016-02-12]. Dostupné online. 
  2. ↑ WEBB, Stephen. Kde tedy všichni jsou?. Překlad Michael Prouza, Martin Šolc, Eva Šlaufová. 1. vyd. Svazek 21. Praha a Litomyšl: Ladislav Horáček – Paseka, 2007. 352 s. (Fénix). ISBN 978-80-7185-877-5. Kapitola 16. řešení: Vysílají, ale my nevíme, jak naslouchat, s. 117. 
  3. ↑ a b c d LÁZŇOVSKÝ, Matouš. Čtvrtek navždy změnil náš pohled na vesmír. Vědci zachytili gravitační vlny. Technet.cz [online]. 2016-02-11 [cit. 2016-02-12]. Dostupné online. 
  4. ↑ a b c LÁZŇOVSKÝ, Matouš. Mezi fyziky kolují fantastické zvěsti. Zachytili jsme gravitační vlny?. Technet.cz [online]. 2016-01-15 [cit. 2016-01-17]. Dostupné online. 
  5. ↑ http://www.nytimes.com/2016/02/12/science/ligo-gravitational-waves-black-holes-einstein.html – Gravitational Waves Detected, Confirming Einstein’s Theory
  6. ↑ WAGNER, Vladimír. Tak už je tu další případ detekce gravitačních vln. OSEL.cz [online]. 2016-06-16 [cit. 2016-07-03]. Dostupné online. 
  7. ↑ http://sciencemag.cz/gravitacni-vlny-potreti/ - Gravitační vlny potřetí
  8. ↑ The Virgo Collaboration [online]. European Gravitational Observatory, 2017 [cit. 2018-01-01]. Dostupné online. 
  9. ↑ SRBA, Jiří. Dalekohledy ESO pozorovaly optický protějšek zdroje gravitačních vln. astro.cz. Česká astronomická společnost, 2017-10-16. Dostupné online [cit. 2017-11-05]. 

V tomto článku byl použit překlad textu z článku LIGO na anglické Wikipedii.

Externí odkazy

  • Slovníkové heslo LIGO ve Wikislovníku

Média použitá na této stránce

LIGO schematic (multilang).svg
Concept of LIGO: A schematic diagram of a laser interferometer with light storage arms.
Northern leg of LIGO interferometer on Hanford Reservation.JPG
Autor: Umptanum, Licence: CC BY-SA 3.0
Northern arm of the LIGO interferometer on Hanford Reservation.
The eye that looked through the new astronomy window.jpg
Autor: Guillermo A. Valdes, Licence: CC BY 4.0
The LIGO photodiode that saw the first gravitational-waves signal on September 14, 2015. Ready to be shipped to its new home, the Nobel Museum.
Simplified diagram of an Advanced LIGO detector.png
Autor: Abbott, B. P. et al., Licence: CC BY 3.0
Simplified diagram of an Advanced LIGO detector (not to scale). A gravitational wave propagating orthogonally to the detector plane and linearly polarized parallel to the 4-km optical cavities will have the effect of lengthening one 4-km arm and shortening the other during one half-cycle of the wave; these length changes are reversed during the other half-cycle. The output photodetector records these differential cavity length variations. While a detector’s directional response is maximal for this case, it is still significant for most other angles of incidence or polarizations (gravitational waves propagate freely through the Earth). Inset (a): Location and orientation of the LIGO detectors at Hanford, WA (H1) and Livingston, LA (L1). Inset (b): The instrument noise for each detector near the time of the signal detection; this is an amplitude spectral density, expressed in terms of equivalent gravitational-wave strain amplitude. The sensitivity is limited by photon shot noise at frequencies above 150 Hz, and by a superposition of other noise sources at lower frequencies [47]. Narrow-band features include calibration lines (33–38, 330, and 1080 Hz), vibrational modes of suspension fibers (500 Hz and harmonics), and 60 Hz electric power grid harmonics.