Использование интерферометра LIGO для фиксации

Гравитационных волн

Объект исследования: процесс использования интерферометра LIGO ля фиксации гравитационных волн.

Результаты, полученные лично автором: исследовано устройство и принцип работы интерферометра LIGO для фиксации гравитационных волн.

Первые предположения о существовании гравитационных волн выдвинул Альберт Эйнштейн почти сто лет назад. Впервые идея интерферометрического детектирования гравитационных волн была предложена советскими физиками М.Е. Герценштейном и В.И. Пустовойтом в 1962 году. В феврале 2016 года международная группа ученых в американской лаборатории LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) реализовали их идею и смогли впервые зафиксировать гравитационные волны от слияния двух черных дыр.

Схема интерферометра LIGO показана на Рис. 1. В двух длинных перпендикулярных друг другу вакуумных камерах подвешиваются зеркала (Mirror). На входе в установку лазерный луч (Laser) расщепляется, идет по обеим камерам, отражается от зеркал, возвращается обратно и вновь соединяется в полупрозрачном зеркале.

Рис. 1. Схема устройства и принцип работы интерферометра LIGO

В исходном состоянии длины подобраны так, чтобы два луча после воссоединения гасили друг друга в направлении датчика (Light detector). Гравитационная волна искажает длину двух плечей в противофазе, из-за чего точная компенсация света нарушается и фотодетектор регистрирует периодический сигнал (Signal) как следствие интерференции световых волн. По факту сдвиг зеркала (shift) под действием гравитационных волн весьма мал и равен ~10^-18 м. LIGO включает в себя два одинаковых детектора, расположенных в Хэнфорде (Hanford) и в Ливингстоне (Livingston) и разнесенных друг от друга на 3000 км. Наличие двух установок важно сразу по двум причинам. Во-первых, сигнал будет считаться зарегистрированным, только если его увидят оба детектора одновременно. А во-вторых, по разности прихода гравитационно-волнового всплеска на две установки – а она может достигать 10 миллисекунд – можно примерно определить, из какой части неба этот сигнал пришел.

На Рис. 2 показан сигнал, от слияния двух черных дыр (события GW150914), зарегистрированный двумя детекторами LIGO в Хэнфорде (Hanford) и в Ливингстоне (Livingston). На оси ординат изображено относительное растяжение интерферометра под действием гравитационной волны. Видно, что сначала идет шум, в котором начинают проявляться явные волны, которые идут всё чаще, а потом резко заканчиваются. Каждая волна – пол-оборота системы двух черных дыр. Черные дыры быстро сближаются, поэтому время между пиками уменьшается. Последняя волна – это уже практически одна черная дыра, хотя и сильно деформированная.

Рис. 2. С игнал от слияния двух черных дыр (событие GW150914), зарегистрированный двумя детекторами LIGO в Хэнфорде ( Hanford ) и в Ливингстоне ( Livingston )

Исследователям по конечной частоте колебаний ~350 Гц (чем больше масса, тем ниже частота, т.е. близко к обратно пропорциональной зависимости) удалось определить индивидуальные массы сливающихся черных дыр – 36±5 и 28±4 масс Солнца, а масса конечной дыры 62±4 солнечных. Расчет показал, что около трех масс Солнца ушло на излучение гравитационных волн. При этом, оцененная мощность гравитационного излучения оказалась весьма высокой ~10⁵⁶ эрг/с (~10⁴⁹ Дж/с).

Таким образом, используя интерферометры подобные LIGO, можно регистрировать гравитационные волны, определять массы объектов являющихся источником гравитационной волны, а также определять точное местоположение во Вселенной источников гравитационных волн.

Материал поступил в редколлегию 31.03.2017

УДК 005.007

А.С. Петин

Научный руководитель: доцент кафедры «Общая физика»,

к.ф.-м.н., И.О. Мачихина

aristarkh.ivanov@inbox.ru

Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 225; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 361 362 363 364 365366367 368 369 370 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!