Японский эксперимент KAGRA проверяет новые методы обнаружения ряби в пространстве-времени
В поисках лучших детекторов гравитационных волн ученые охладевают.
Многообещающий детектор под названием KAGRA нацелен на обнаружение ряби пространства-времени, используя передовые технологические приемы: охлаждение ключевых компонентов до температуры, колеблющейся чуть выше абсолютного нуля, и размещение сверхчувствительной установки в огромной подземной пещере.
Ученые из KAGRA, расположенной в Камиоке, Япония, получили результаты своих первых сверххолодных испытаний. Эти эксперименты предполагают, что детектор должен быть готов начать поиск гравитационных волн позже в 2019 году, сообщает команда 14 января на arXiv.org.
Новый детектор присоединится к аналогичным обсерваториям в поисках мельчайших космических колебаний, которые вызываются сильными событиями, такими как столкновения черных дыр. Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория LIGO имеет два детектора, расположенных в Хэнфорде, штат Вашингтон, и Ливингстоне, штат Луизиана. Другая обсерватория, Virgo, расположена недалеко от Пизы, Италия. Эти детекторы располагаются над землей и не используют технику охлаждения, что делает KAGRA первым в своем роде.
КАГРА состоит из двух 3-километровых рукавов, расположенных в форме буквы «Г». В каждом плече лазерный свет отражается между двумя зеркалами, расположенными на обоих концах. Свет действует как гигантский измерительный стержень, улавливая крошечные изменения длины каждого плеча, которые могут быть вызваны проходящей гравитационной волной, растягивающей и сжимающей пространство-время.
Поскольку детекторы гравитационных волн измеряют изменения длины меньше, чем диаметр протона, незначительные эффекты, такие как дрожание молекул на поверхности зеркал, могут мешать измерениям. Охлаждение зеркал примерно до 20 кельвинов (-253° по Цельсию) ограничивает это колебание.
В ходе новых испытаний, проведенных весной 2018 года, исследователи охлаждали только одно из четырех зеркал KAGRA, говорит руководитель KAGRA Такааки Кадзита из Токийского университета. Когда детектор запустится по-настоящему, остальные тоже будут охлаждены.
Размещение детектора под землей также помогает предотвратить вибрацию зеркал из-за активности на поверхности Земли. LIGO настолько чувствителен, что на него могут повлиять грохочущие грузовики, сильный ветер или даже озорные дикие животные (SN Online: 18.04.18). Подземное логово КАГРЫ должно быть значительно тише.
Строительство под землей и охлаждение потребовало многих лет усилий от исследователей KAGRA. «Они взяли на себя эти две большие задачи, которые важны для долгосрочного будущего отрасли», - говорит представитель LIGO Дэвид Шумейкер из Массачусетского технологического института. В будущем еще более совершенные детекторы гравитационных волн могут быть основаны на методах KAGRA.
На данный момент добавление KAGRA к существующим обсерваториям должно помочь ученым улучшить свои исследования того, откуда берутся гравитационные колебания. Как только ученые обнаруживают сигнал гравитационных волн, они предупреждают астрономов, которые ищут свет от катаклизма, породившего волны, в надежде лучше понять событие (SN: 11/11/17, стр. 6). Наличие дополнительного детектора гравитационных волн в другой части мира поможет лучше триангулировать источники волн. «Эта функция очень важна, - говорит Кадзита, - потому что телескопы могут одновременно видеть только небольшую часть неба.”