VIRGO interferometer

Jomfru eksperiment
Toppvisning av Jomfru-detektoren
Fyrinternasjonalt vitenskapelig samarbeid
Internasjonal tilknytningLVC (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)
Fundament1994
GrunnleggerCNRS , INFN
omfangdeteksjon av gravitasjonsbølger
Hovedkvarter Santo Stefano i Macerata
Tiltaksområdegrunnundersøkelser
TalspersonGiovanni Losurdo
MedlemmerCNRS ( Frankrike ), INFN ( Italia ), NIKHEF (Holland), POLGRAW (Polen), RMKI (Ungarn), Spania
Ansatteover 280 fysikere og ingeniører i 20 europeiske forskningsgrupper
Nettsted

Jomfruen er et stort interferometer bygget av et internasjonalt samarbeid for å oppdage gravitasjonsbølger som kommer fra universet ; gravitasjonsbølger er en effekt spådd av Einsteins teori om generell relativitet. Jomfruen er et Michelson-interferometer , med lange armer3  km , som ligger i Cascina kommune ( PI ), i lokaliteten Santo Stefano i Macerata .

Jomfru-samarbeidet består av over 280 fysikere og ingeniører som tilhører 20 ulike europeiske forskningsgrupper: seks grupper som tilhører Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) i Frankrike; åtte ved National Institute of Nuclear Physics (INFN) i Italia; to på Nikhef i Nederland; MTA Wigner RCP i Ungarn; POLGRAW-gruppen i Polen; universitetet i Valencia i Spania; og European Gravitational Observatory , EGO, laboratoriet som er vert for Jomfrudetektoren nær Pisa i Italia, finansiert av CNRS, INFN og Nikhef. EGO gir støtte for vedlikehold av nettstedet og dets infrastruktur; omhandler ledelse av beregningssenteret for dataanalyse. Dette organet fremmer og finansierer noen av forsknings- og utviklingsaktivitetene til det eksperimentelle og teoretiske feltet gravitasjonsbølgeforskning i Europa.

I verden er det andre gravitasjonsbølgedetektorer som ligner på Jomfruen: spesielt de to LIGO -detektorene ved Hanford og Livingston i USA, også store interferometre med lange armer4  km , der data i 2015 ble registrert for første gang passering av en gravitasjonsbølge ( GW150914 ), oppdaget i fellesskap av samarbeidene LIGO og Jomfruen. Oppdagelsen ga ham Nobelprisen i fysikk tildelt i 2017.

Virgo-interferometeret har fått navnet sitt fra Jomfru-klyngen som består av rundt 1 500 galakser i stjernebildet Jomfruen og omtrent 50 millioner lysår fra Jorden.

Mål

Jomfruens første mål var å observere gravitasjonsbølger, et mål han oppnådde i 2015 sammen med LIGO Scientific Collaboration. Nå har Jomfruen som mål å oppdage flere og flere gravitasjonssignaler av astrofysisk opprinnelse og trekke ut så mye vitenskapelig informasjon som mulig fra dem. For dette formål er samarbeidet forpliktet til et flerårig forbedringsprosjekt som tar sikte på gradvis å øke instrumentets følsomhet; disse periodene med eksperimentell utvikling vil bli vekslet av perioder med dataopptak, i et globalt program [1] for deteksjon av gravitasjonsbølger som vil se som hovedpersoner i tillegg til Advanced Virgo og Advanced LIGO, også de interferometriske detektorene som for tiden er under konstruksjon, nemlig KAGRA i Japan og den tredje LIGO-detektoren i India.

Gravitasjonsbølger som kan detekteres av Jomfruen (frekvensene den er følsom for er i et utvidet område mellom 10 og5 000  Hz ) forventes fra koalescensen av binære systemer ( av nøytronstjerner eller svarte eller blandede hull), fra supernovaeksplosjoner av massive stjerner, fra akkreterende nøytronstjerner, fra roterende nøytronstjerner og med en liten deformasjon av skorpen, og fra gravitasjonsbakgrunnen generert i de første øyeblikkene av universet etter Big Bang .

Jomfruen har som mål å spille en nøkkelrolle i utviklingen av en ny astronomi der universet blir observert med en budbringer (gravitasjonsbølger) som er forskjellig fra den mer tradisjonelle elektromagnetiske strålingen . I tillegg vil det i fremtiden kanskje være mulig å legge gravitasjonsinformasjon til den som gis av elektromagnetiske signaler, kosmiske stråler og nøytrinoer , og åpner dørene til en astronomi for forskjellige budbringere.

Beskrivelse

Skjematisk består Jomfruen av to armer som er 3 km lange og arrangert i en L. Strålen til en laserkilde er delt i to av en stråledeler på toppen av L. Lyset sendes langs hver av de to armene, reflektert tilbake av et opphengt speil og rekombineres deretter ved toppunktet der det måles av en fotodiode . Når en gravitasjonsbølge passerer gjennom interferometeret, manifesterer forstyrrelsen av rom-tid seg som en endring i den relative lengden til de to armene. Dette bestemmer igjen at de rekombinante strålene, som er i perfekt motfase hvis armene er av samme lengde (som resulterer i destruktiv interferens ), er litt i fase . Dette resulterer i et målbart signal ved fotodioden. For gravitasjonsbølgene av kosmisk opprinnelse som forventes for Jomfruen, er variasjonen i lengden på armene (3 km lange) svært liten, i størrelsesorden 10 −18 m.

I virkeligheten er den optiske konfigurasjonen til Jomfruen mye mer komplisert, for å redusere de forskjellige kildene til støy som vil maskere det svake signalet indusert av passasjen av en gravitasjonsbølge. Faktisk former innsatsen for å minimere støyen utformingen av en detektor av Virgo-typen, og signalet kan bare øke med lengden på armene. For eksempel bruker Jomfruen resonante optiske hulrom langs armene for å øke deres effektive lengde: for dette formålet er et halvreflekterende speil hengt opp nær stråledeleren i hver av de to armene, som danner et optisk hulrom med et Fabry-Pérot interferometer med speilet plassert i enden av armen. I tillegg er Jomfruen også utstyrt med et lett resirkuleringshulrom, skapt takket være et speil som er plassert mellom laserkilden og stråledeleren. Suspensjonen av de optiske hovedkomponentene er avgjørende for å redusere kilden til mekanisk/seismisk støy. I Advanced Virgo er bankene som huser kritiske optiske komponenter og fotodioder også suspendert. Lys forplantes i et vakuum, noe som gjør Jomfruen til det største ultrahøye vakuumsystemet (mindre enn1  μPa ) av Europa.

Et lignende eksperiment, men av mye større omfang, vil være LISA . Målingene skal gjøres av tre kunstige satellitter som skal sirkle rundt solen . Lanseringsdatoen er forventet i 2034 [2] . 3. desember 2015 ble ESA Lisa Pathfinder -satellitten skutt opp og skal hjelpe til med å teste teknologiene som da skal brukes i de tre LISA-satellittene.

Avansert VIRGO

Fra 2011 til 2016 ble det utført arbeid for å øke følsomheten med en faktor 10. Etter kalibreringen av de ulike instrumentene vil det sammen med LIGO være mulig å identifisere posisjonen til hendelsene som genererer gravitasjonsbølger samt deres fysiske egenskaper . Innvielsen av Advanced VIRGO fant sted 20. februar 2017 [3] [4] . 1. august 2017 ble Advanced Virgo med i nettverket av to Advanced LIGO-detektorer i O2-observasjonskampanjen, som ble avsluttet 25. august 2017. [5]

Vitenskapelige funn

11. februar 2016 publiserte Virgo Collaboration og LIGO Scientific Collaboration nyheten om den første direkte observasjonen av gravitasjonsbølger (kalt GW150914 ), bestående av et distinkt signal mottatt klokken 09:51 UTC 14. september 2015 fra to sorte hull ha ~ 30 solmasser som smelter sammen med hverandre omtrent 1,3 milliarder lysår fra jorden. [6] [7]

14. august 2017, klokken 10:30 UTC , under observasjonsvinduet fra 1. til 25. august 2017, observerte Jomfruen for første gang en gravitasjonsbølge (kalt GW170814) som kom fra sammenslåingen av to sorte hull med 31 og 25 solmasser. Denne hendelsen var den første som ble observert samtidig av de tre Jomfru-detektorene, LIGO Hanford og LIGO Livingston: dette tillot en mye mer presis triangulering enn hendelsen 14. september 2015, noe som resulterte i å bestemme kilden ved 60 grader 2 . Deteksjonen av hendelsen med tre interferometre så langt unna har også gjort det mulig å studere polarisasjonen av gravitasjonsbølgen og spesielt av polarisasjonene som ikke er tillatt i generell relativitet : dataene til GW170814 er i samsvar med generell relativitet. [8] [9] [10]

Historie

Merknader

  1. ^ BP Abbott et al . , Prospects for Observing and Localizing Gravitational-Wave Transients with Advanced LIGO and Advanced Virgo ( PDF ), i Living Rev Relativ , vol. 19. januar 2016, DOI : 10.1007 / lrr-2016-1 . Hentet 4. desember 2020 .
  2. ^ Nedtelling til LISA Pathfinder , i Science , 30. november 2015. Hentet 21. februar 2017 .
  3. ^ Cascina, gravitasjonsbølger enda nærmere: Advanced Jomfruen er klar , i PisaToday 20. februar 2017. Hentet 20. februar 2017 .
  4. ^ Augmented Jomfru, åpner et nytt vindu på kosmos , i PisaInforma , 20. februar 2017. Hentet 21. februar 2017 (arkivert fra originalen 22. februar 2017) .
  5. ^ VIRGO slutter seg til LIGO for dataopptaksperioden «Observation Run 2» (O2) ( PDF ) , på virgo-gw.eu , 11. oktober 2017.
  6. ^ BP Abbott , LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger , i Physical Review Letter 116, 061102 (2016) , 11. februar 2016, DOI : 10.1103.1 PhysRev.6.102.102 . Hentet 21. februar 2017 .
  7. ^ Davide Castelvecchi og Witze Witze, Einsteins gravitasjonsbølger funnet endelig , i Nature News , 11. februar 2016, DOI : 10.1038 / nature.2016.19361 . Hentet 21. februar 2017 .
  8. ^ The LIGO Scientific Collaboration and The Virgo Collaboration, GW170814: En tre-detektorobservasjon av gravitasjonsbølger fra et binært sort hull- sammenslåing ( PDF ) . Hentet 28. september 2017 .
  9. ^ Ligo og Jomfruen oppdager et nytt gravitasjonsbølgesignal , i Focus.it , 27. september 2017. Hentet 28. september 2017 .
  10. ^ Gravitasjonsbølger: et nytt signal fra universet oppdaget i Cascina , i Tyrrenhavet , 27. september 2017. Hentet 28. september 2017 .

Relaterte elementer

Andre prosjekter

Eksterne lenker