Детектор гравитационных волн

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Детектор гравитационных волн (гравитационный телескоп) — устройство, предназначенное для регистрации гравитационных волн. Согласно ОТО, гравитационные волны, образующиеся, например, в результате слияния двух чёрных дыр где-то во Вселенной, вызовут чрезвычайно слабое периодическое изменение расстояний между пробными частицами, вследствие колебания самого пространства, которое и будут регистрировать детекторы.

Наиболее распространены два типа детекторов гравитационных волн. Один из типов, впервые реализованный Джозефом Вебером (Мэрилендский университет) в 1967, представляет собой гравитационную антенну — как правило, это металлическая массивная болванка, охлаждённая до низкой температуры. Размеры детектора при падении на него гравитационной волны изменяются, и если частота волны совпадает с резонансной частотой антенны, амплитуда колебаний антенны может стать настолько большой, что колебания можно детектировать. В пионерском эксперименте Вебера антенна представляла собой алюминиевый цилиндр длиной 2 м и диаметром 1 м, подвешенный на стальных проволочках; резонансная частота антенны составляла 1660 Гц, амплитудная чувствительность пьезодатчиков — 10−16 м. Вебер использовал два детектора, работавших на совпадения, и сообщил об обнаружении сигнала, источником которого с наибольшей вероятностью был центр Галактики. Однако независимые эксперименты не подтвердили наблюдений Вебера. Из действующих в настоящее время детекторов по такому принципу работает сферическая антенна MiniGRAIL (Лейденский университет, Голландия), а также антенны ALLEGRO, AURIGA, EXPLORER и NAUTILUS.

В другом типе экспериментов по детектированию гравитационных волн измеряется изменение расстояния между двумя пробными массами с помощью лазерного интерферометра Майкельсона. В двух длинных (длиной в несколько сот метров или даже километров) перпендикулярных друг другу вакуумных камерах подвешиваются зеркала. Лазерный луч расщепляется, идёт по обеим камерам, отражается от зеркал, возвращается обратно и вновь соединяется. В «спокойном» состоянии длины подобраны так, что эти два луча после воссоединения в полупрозрачном зеркале гасят друг друга (деструктивно интерферируют), и освещённость фотодетектора оказывается нулевой. Но стоит лишь какому-нибудь из зеркал сместиться на микроскопическое расстояние (причём речь идёт о расстоянии на порядки меньше световой волны — о тысячных долях размера атомного ядра), как компенсация двух лучей станет неполной и фотодетектор уловит свет.

В настоящее время гравитационные телескопы такого типа работают в рамках американо-австралийского проекта LIGO (наиболее чувствительный), немецко-английского GEO600, японского TAMA-300 и франко-итальянского VIRGO:

Проект Расположение телескопа Длина плеча
TAMA-300 Токио, Япония L = 300 м
GEO600 Ганновер, Германия L = 600 м
VIRGO Пиза, Италия L = 3 км
LIGO Хенфорд, шт. Вашингтон, США L = 2 км и 4 км
Ливингстон, шт. Луизиана, США L = 4 км

Данные измерений детекторов LIGO и GEO600 обрабатываются с помощью проекта Einstein@Home (распределённые вычисления на тысячах персональных компьютеров).

Разрабатывается эксперимент LISA, в котором лазерный интерферометр будет находиться в космосе, с длиной плеча 5 млн км и чувствительностью к сдвигу пробных масс 20 пм.

Описанные выше типы детекторов чувствительны к низкочастотным гравитационным волнам (до 10 кГц). Еще более низкочастотный сигнал (10-2-10-3Гц), соответствующий периодическим источникам гравитационных волн типа тесных двойных, возможно, был зарегистрирован[1] с помощью метода, основанного на эффекте оптико-метрического параметрического резонанса[2]. В эксперименте используются наблюдения космических радиоисточников (мазеров) с помощью обычного радиотелескопа. Разрабатываются и высокочастотные варианты детекторов гравитационных волн, например, основанные на взаимном сдвиге частот двух разнесённых осцилляторов или на повороте плоскости поляризации микроволнового пучка, циркулирующего по петлевому волноводу.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Сипаров С.В., Самодуров В.А. Выделение составляющей излучения космического мазера, возникающей из-за гравитационно-волнового воздействия. // Компьютерная оптика №33 (1), 2009, с. 79.
  2. Сипаров С.В. A two-level atom in the field of a gravitational wave — on the possibility of parametric resonance // Astronomy & Astrophysics, №416, 2004, с. 815–824)  (англ.)

Ссылки[править | править вики-текст]