Indie zbudują LIGO, projekt o wartości 2600 crore w Maharasztrze, aby badać fale grawitacyjne

Nowe Delhi:

Eksperci twierdzą, że Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory lub LIGO-India znacznie zwiększy zdolność naukowców do określania źródeł fal grawitacyjnych – zmarszczek w tkaninie czasu i przestrzeni – oraz odpowiadania na fundamentalne pytania dotyczące wszechświata.

Gabinet Unii niedawno zatwierdził budowę LIGO-India, projektu o wartości 2600 crore rupii, w dzielnicy Hingoli w stanie Maharashtra, który ma rozpocząć obserwacje do końca dekady.

Eksperci twierdzą, że lokalizacja LIGO-India w stosunku do dwóch pozostałych laserowych interferometrów Obserwatorium Fal Grawitacyjnych (detektory LIGO w USA i inne detektory fal grawitacyjnych na całym świecie pomoże zwiększyć dokładność i precyzję obserwacji i wykrywania fal grawitacyjnych.

Zadaniem detektorów LIGO i innych detektorów fal grawitacyjnych (GW) na całym świecie jest zlokalizowanie źródła fal grawitacyjnych.

„(Dokładne zlokalizowanie źródła) jest bardzo ważne dla skierowania teleskopów elektromagnetycznych na odpowiedni skrawek nieba i poszukiwania możliwych sygnatur elektromagnetycznych, jeśli są obecne” – powiedział KG Arun, który jest częścią LIGO-India Scientific Collaboration (LISC).

„Można to osiągnąć tylko wtedy, gdy mamy dobrze oddzieloną geograficznie globalną sieć detektorów, a LIGO-India będzie do tego niezwykle kluczowa” – powiedział Arun, również profesor fizyki, Chennai Mathematical Institute, Tamil Nadu, w rozmowie z Press Trust of India.

Lokalizacja źródła na niebie opiera się na technice triangulacji, szeroko stosowanej w nawigacji w globalnym systemie pozycjonowania (GPS). Jest to metoda określania położenia stałego punktu na podstawie kątów do niego z dwóch stałych punktów o znanej odległości od siebie za pomocą trygonometrii.

Metoda polega na obliczaniu względnych opóźnień w czasach nadejścia sygnału GW w wielu detektorach.

„Ponieważ detektory są oddalone od siebie, występuje opóźnienie w czasie dotarcia sygnału do dwóch detektorów dla danego źródła, zwykle milisekundy. Dzieje się tak po prostu dlatego, że GW potrzebują nieco więcej lub mniej czasu, aby dotrzeć do jednego detektora w porównaniu do inny.

„Ta różnica zmienia się dla różnych pozycji na niebie i dlatego daje nam wyobrażenie o tym, z której części nieba pochodzi sygnał. W ten sposób zlokalizowane jest źródło na niebie” – wyjaśnia Arun.

Zasadniczo jest to ta sama zasada, która jest używana do ustalania naszej lokalizacji poprzez uwzględnienie opóźnień w odbiorze sygnałów z trzech lub więcej satelitów GPS, powiedział Sanjit Mitra, profesor i koordynator projektu LIGO-India w Międzyuczelnianym Centrum Astronomii i Astrofizyki (IUCAA) ), Pune.

Kiedy detektory są umieszczone daleko, niewielka zmiana kierunku źródła sygnału może spowodować znaczne opóźnienia w czasie nadejścia sygnału, pomagając w precyzyjnej lokalizacji nieba.

Dwa detektory w USA, jeden w Hanford we wschodnim Waszyngtonie, a drugi w Livingston w Luizjanie, są oddalone od siebie o około 3000 kilometrów, określane jako odległość bazowa.

„Włączenie LIGO-India stworzy dwie dodatkowe linie bazowe o odległości ponad 10 000 km każda. To poprawi lokalizację nieba o wiele razy” – powiedział Mitra przez telefon PTI.

Co więcej, aby praktycznie zrealizować lokalizację nieba, wszystkie trzy detektory muszą mieć podobną czułość. LIGO-India będzie miał taką samą czułość jak dwa pozostałe detektory LIGO.

Czułość detektora, który w zasadzie jest interferometrem, jest opisana przez to, jak reaguje on na niewielkie zmiany długości ramion, wprowadzane, gdy pada na niego fala grawitacyjna.

„Interferometr jest początkowo zablokowany w trybie ciemnych prążków, osiągniętym przez dostrojenie długości ramion, aby upewnić się, że występuje destrukcyjna interferencja światła” – wyjaśnił Arun.

Destrukcyjna interferencja prowadzi do mniejszej fali wynikowej lub jej braku, gdy dwie niezsynchronizowane fale zostaną połączone, tworząc w ten sposób „ciemne prążki” lub brak światła na wyjściu.

„(Występowanie fali grawitacyjnej) przesuwa interferometr z trybu ciemnych prążków i wykrywamy światło jako sygnał wyjściowy” – wyjaśnił Arun.

„Najmniejsza zmiana w czasie, w jakim światło porusza się po ramionach interferometru, prowadzi do zmiany„ wzoru prążków ”instrumentu. W ten sposób interferometr staje się wrażliwy na wpływ padających fal grawitacyjnych” – powiedział Mitra.

Przemieszczenie mierzone przez LIGO z powodu przechodzącego GW wynosi 1/1000 wielkości jądra atomowego, czyli jest niezwykle małe.

„W praktyce czułość interferometru zależy od częstotliwości nadchodzących fal” – powiedział Mitra.

Dzieje się tak, ponieważ wyzwania związane z wykrywaniem fal mogą wynikać ze wszystkiego, co może generować „szum” w interferometrze. Mogą być spowodowane falami sejsmicznymi o niskiej częstotliwości, generowanymi częściowo przez działalność człowieka.

Mogą również pochodzić z otaczających nas cząsteczek, które wibrują od ciepła otoczenia. Cały ten „szum” może znacząco wpłynąć na działanie detektorów LIGO.

„Można określić ilościowo typowe poziomy szumów w detektorze. Sygnał musi być znacznie powyżej tych poziomów, aby został pewnie wykryty” – powiedział Arun.

Skuteczne tłumienie szumów reguluje również odległość, z jakiej fale te mogą być wykrywane na niebie przez interferometr. Co więcej, im cięższy układ masowy źródła, tym większe odległości mogą być obserwowane.

„Interferometry obecnej generacji, takie jak LIGO, mogą wykrywać GW pochodzące z odległości kilku miliardów lat świetlnych. Przyszłe ulepszenia mogą poprawić to mniej więcej 10-krotnie” – powiedział Arun.

LIGO-India, który wykorzystuje tę samą technologię, co detektory amerykańskie, może być tak czuły, jak detektory LIGO w USA w czasie działania. Każde obserwatorium fal grawitacyjnych jest zasadniczo jednym dużym, wysoce zaawansowanym interferometrem.

Ostatecznie celem jest posiadanie ogólnoświatowej sieci detektorów fal grawitacyjnych, powiedzieli fizycy.

(Z wyjątkiem nagłówka, ta historia nie została zredagowana przez personel NDTV i została opublikowana z kanału konsorcjalnego).