LIGO, der für die Interferometer Lasergravitationswelle-Sternwarte eintritt, ist ein groß angelegtes Physik-Experiment, das zum Ziel hat, Gravitationswellen direkt zu entdecken. Cofounded 1992 durch Kip Thorne und Ronald Drever von Caltech und Rainer Weiss von MIT, LIGO ist ein gemeinsames Projekt zwischen Wissenschaftlern an MIT, Caltech, und vielen anderen Universitäten und Universitäten. Es wird von National Science Foundation (NSF) gesponsert. Auf Kosten von $ 365 Millionen (2002 US-Dollar) ist es das größte und ehrgeizigste durch den NSF jemals geförderte Projekt. Internationale LIGO Scientific Collaboration (LSC) ist eine wachsende Gruppe von Forschern, mehr als 800 Personen an ungefähr 50 Einrichtungen, arbeitend, um die Daten von LIGO und anderen Entdeckern zu analysieren, und zu empfindlicheren zukünftigen Entdeckern arbeitend. Der aktuelle Sprecher für die LIGO Wissenschaftliche Kollaboration, gewählt im März 2011, ist Louisiana Professor der Staatlichen Universität der Physik und Astronomie, Gabriela Gonzálezs.

Mission

Die Mission von LIGO ist, Gravitationswellen des kosmischen Ursprungs direkt zu beobachten. Diese Wellen wurden zuerst durch die allgemeine Relativitätstheorie von Einstein 1916 vorausgesagt, als die für ihre Entdeckung notwendige Technologie noch nicht bestanden hat. Gravitationswellen wurden indirekt angedeutet zu bestehen, als Beobachtungen aus dem binären Pulsar PSR 1913+16 gemacht wurden, für den der Nobelpreis Hulse und Taylor 1993 zuerkannt wurde.

Die direkte Entdeckung von Gravitationswellen ist lange gesucht worden. Ihre Entdeckung würde einen neuen Zweig der Astronomie starten, um elektromagnetische Fernrohre und Neutrino-Sternwarten zu ergänzen. Joseph Weber hat für die Anstrengung den Weg gebahnt, Gravitationswellen in den 1960er Jahren durch seine Arbeit an widerhallenden Massenbar-Entdeckern zu entdecken. Bar-Entdecker setzen fort, an sechs Seiten weltweit verwendet zu werden. Vor den 1970er Jahren haben Wissenschaftler einschließlich Rainer Weiss die Anwendbarkeit des Lasers interferometry zu Gravitationswelle-Maßen begriffen. Robert Forward hat einen interferometric Entdecker an Hughes am Anfang der 1970er Jahre operiert.

Im August 2002 hat LIGO seine Suche nach kosmischen Gravitationswellen begonnen. Messbare Emissionen von Gravitationswellen werden von binären Systemen (Kollisionen und Fusionen von Neutronensternen oder schwarzen Löchern), Supernova von massiven Sternen erwartet (die Neutronensterne und schwarze Löcher bilden), Neutronensterne, Folgen von Neutronensternen mit verformten Krusten und die Reste der durch die Geburt des Weltalls geschaffenen Gravitationsradiation anwachsen lassend. Der Sternwarte-Mai in der Theorie beobachtet auch exotischere zurzeit hypothetische Phänomene, wie verursachte Gravitationswellen durch das Oszillieren kosmischer Schnuren oder das Kollidieren von Bereichswänden. Seit dem Anfang der 1990er Jahre haben Physiker geglaubt, dass sich Technologie zum Punkt entwickelt hat, wo die Entdeckung von Gravitationswellen - vom bedeutenden Astrophysical-Interesse - jetzt möglich ist.

Sternwarten

LIGO bedient zwei Gravitationswelle-Sternwarten im Einklang: die LIGO Sternwarte von Livingston in Livingston, Louisiana und der LIGO Hanford Sternwarte, auf der Hanford Kernbedenken (Koordinaten des Hauptkomplexes:), gelegen in der Nähe von Richland, Washington. Diese Seiten werden durch 3,002 Kilometer (1,865 Meilen) getrennt. Da, wie man erwartet, Gravitationswellen mit der Geschwindigkeit des Lichtes reisen, entspricht diese Entfernung einem Unterschied in der Gravitationswelle-Ankunftszeit von bis zu zehn Millisekunden. Durch den Gebrauch der Triangulation kann der Unterschied in der Ankunftszeit die Quelle der Welle im Himmel bestimmen.

Jede Sternwarte unterstützt ein L-shaped extremes Hochvakuum-System, 4 Kilometer (2.5 Meilen) auf jeder Seite messend. Bis zu fünf interferometers können in jedem Vakuumsystem aufgestellt werden.

An der Hanford Sternwarte funktioniert ein zweiter interferometer in der Parallele mit dem primären interferometer. Dieser zweite Entdecker ist Hälfte der Länge an 2 Kilometern (1.25 Meilen), und seine Fabry-Pérot Arm-Höhlen haben dieselbe optische Finesse und so Hälfte der Lagerungszeit. Mit der Hälfte der Lagerungszeit ist die theoretische Beanspruchungsempfindlichkeit so gut wie

die volle Länge interferometers über 200 Hz, aber nur halb so gut in niedrigen Frequenzen.

Die LIGO Sternwarte von Livingston nimmt einen Laser interferometer in der primären Konfiguration auf. Dieser interferometer wurde 2004 mit einem aktiven Vibrieren-Isolierungssystem erfolgreich befördert, das auf hydraulischen Auslösern gestützt ist, die einen Faktor von 10 Isolierung in den 0.1 - 5-Hz-Band zur Verfügung stellen. Das seismische Vibrieren in diesem Band ist hauptsächlich wegen mikroseismischer Wellen und anthropogener Quellen (Verkehr, Protokollierung, usw.).

Der LIGO Hanford Sternwarte nimmt einen interferometer auf, der fast zu demjenigen an der Sternwarte von Livingston, sowie einem Brustinterferometer identisch ist. Hanford ist im Stande gewesen, sein ursprüngliches passives seismisches Isolierungssystem wegen der beschränkten geologischen Tätigkeit im Südöstlichen Washington zu behalten.

Mitglieder des Publikums können beide Sternwarten, entweder durch die spezielle Einordnung oder auf dem regelmäßigen "offenen Haus" Tage bereisen.

Operation

Der primäre interferometer an jeder Seite besteht aus Spiegeln, die an jeder der Ecken des L aufgehoben sind; es ist als ein Macht-wiederverwandter Michelson interferometer mit Fabry-Pérot Armen bekannt. Ein vorstabilisierter Laser strahlt einen Balken von bis zu 200 Watt aus, der einen optischen Weise-Reiniger vor dem Erreichen eines Balkens splitter am Scheitelpunkt des L durchführt. Dort spaltet sich der Balken in zwei Pfade, ein für jeden Arm des L auf; jeder Arm enthält Fabry-Pérot Höhlen, die die Balken versorgen und die wirksame Pfad-Länge vergrößern.

Wenn eine Gravitationswelle den interferometer durchführt, wird die Raum-Zeit im lokalen Gebiet verändert. Abhängig von der Quelle der Welle und seiner Polarisation läuft das auf eine wirksame Änderung in der Länge von einer oder beiden der Höhlen hinaus. Die wirksame Länge-Änderung zwischen den Balken wird das Licht zurzeit in der Höhle veranlassen, sehr ein bisschen gegenphasig mit dem eingehenden Licht zu werden. Die Höhle wird deshalb sehr ein bisschen aus der Klangfülle und den Balken regelmäßig kommen, die abgestimmt werden, um sich am Entdecker zerstörend einzumischen, wird einen sehr geringen regelmäßig das Verändern detuning haben. Das läuft auf ein messbares Signal hinaus. Bemerken Sie, dass die wirksame Länge-Änderung und die resultierende Phase-Änderung eine feine Gezeitenwirkung sind, die sorgfältig geschätzt werden muss, weil die leichten Wellen durch die Gravitationswelle genauso viel als die Balken selbst betroffen werden.

Nach einer Entsprechung von etwa 75 Reisen unten die 4 km Länge zu den weiten Spiegeln und zurück wieder verlassen die zwei getrennten Balken die Arme und Wiedervereinigung am Balken splitter. Die Balken, die von zwei Armen zurückkehren, werden gegenphasig behalten, so dass, wenn die Arme beide in der Klangfülle sind (als, wenn es keine durchgehende Gravitationswelle gibt) ihre leichten Wellen Abstriche machen, und kein Licht die Fotodiode erreichen sollte. Wenn eine Gravitationswelle den interferometer durchführt, werden die Entfernungen entlang den Armen des interferometer verkürzt und verlängert, die Balken veranlassend, ein bisschen weniger gegenphasig zu werden, so erreicht ein Licht die Fotodiode, ein Signal anzeigend. Licht, das kein Signal enthält, wird in den interferometer das Verwenden eines Macht-Wiederverwertungsspiegels zurückgegeben, so die Macht des Lichtes in den Armen vergrößernd. In der wirklichen Operation können Geräuschquellen Bewegung in der Optik verursachen, die ähnliche Effekten zu echten Gravitationswelle-Signalen erzeugt; sehr viel von der Kunst und Kompliziertheit im Instrument ist in der Entdeckung von Weisen, diese unechten Bewegungen der Spiegel zu reduzieren. Beobachter vergleichen Signale von beiden Seiten, um die Effekten des Geräusches zu reduzieren.

Beobachtungen

Gestützt auf aktuellen Modellen von astronomischen Ereignissen und den Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie, wie man erwartet, verdrehen Gravitationswellen, die Dutzende Millionen von Lichtjahren von der Erde hervorbringen, den 4-Kilometer-Spiegelabstand durch ungefähr 10 M, weniger als tausendst das "Diameter" eines Protons. Gleichwertig ist das eine Verhältnisänderung in der Entfernung von etwa einem Teil in 10. Ein typisches Ereignis, das ein Entdeckungsereignis verursachen könnte, würde die späte Bühne inspiral und Fusion zwei 10 schwarze Sonnenmassenlöcher sein, die nicht notwendigerweise in der Milchstraße-Milchstraße gelegen sind, die, wie man erwartet, auf eine sehr spezifische Folge von durch das Slogan-Zwitschern häufig zusammengefassten Signalen hinausläuft, das quasinormale Weise-Klingeln, Exponentialzerfall platzt.

In ihrem vierten Wissenschaftslauf am Ende 2004 haben die LIGO Entdecker Empfindlichkeiten im Messen dieser Versetzungen zu innerhalb eines Faktors von 2 ihres Designs demonstriert.

Während des fünften Wissenschaftslaufs von LIGO im November 2005 hat Empfindlichkeit die primäre Designspezifizierung einer feststellbaren Beanspruchung eines Teils in 10 mehr als eine 100-Hz-Bandbreite erreicht. Wie man normalerweise erwartet, ist die Grundlinie inspiral zwei grob Sonnenmassenneutronensterne erkennbar, wenn sie innerhalb ungefähr, oder die Umgebung unserer Local Group von Milchstraßen vorkommt, die über alle Richtungen und Polarisationen durchschnittlich sind. Auch in dieser Zeit haben LIGO und GEO 600 (das deutsche Vereinigte Königreich interferometric Entdecker) eine gemeinsame geführte Wissenschaft begonnen, während dessen sie Daten seit mehreren Monaten gesammelt haben. Jungfrau (der französisch-italienische interferometric Entdecker) hat sich Mai 2007 angeschlossen. Die fünfte Wissenschaft läuft beendet 2007. Es wird gehofft, dass nach der umfassenden Analyse Daten von diesem Lauf zwei eindeutige Entdeckungsereignisse aufdecken können. Das würde ein Meilenstein in der Geschichte der Physik sein. 2004 wurde es berichtet, dass Theoretiker die Chancen einer eindeutigen direkten Entdeckung vor 2010 an jedem sechsten geschätzt haben.

Im Februar 2007 hat GRB 070201, ein kurzer Gammastrahl hat geplatzt, Erde von der Richtung der Milchstraße von Andromeda, einer nahe gelegenen Milchstraße erreicht. Die vorherrschende Erklärung von kürzesten Gammastrahl-Brüchen ist die Fusion eines Neutronensterns entweder mit einem Neutronenstern oder mit schwarzem Loch. LIGO hat eine Nichtentdeckung wegen GRB 070201 gemeldet, eine Fusion in der Entfernung von Andromeda mit dem hohen Vertrauen ausschließend. Solch eine Einschränkung wird auf LIGO behauptet, der schließlich eine direkte Entdeckung von Gravitationswellen demonstriert.

Im August 2010 wurde ein Radiopulsar durch die Analyse von Daten von Radiofernrohren durch die LIGO Kollaboration entdeckt. Die Entdeckung wurde mit der "Einstein@home" Personalcomputerkollaboration durch LIGO und BOINC gemacht. Obwohl bedeutend, war die Entdeckung dieses Radiopulsars nicht eine Entdeckung von Gravitationswellen, noch es hat den LIGO interferometers eingeschlossen.

Erhöhter LIGO

Nach der Vollziehung des Wissenschaftslaufs 5 wurde anfänglicher LIGO mit bestimmten Fortgeschrittenen LIGO Technologien befördert, die auf synchronisierten Erhöhten LIGO einer Konfiguration der verbesserten Leistung hinausgelaufen sind. Sein Ziel war eine Absicht der besten Anstrengung des Erzielens zweimal der Empfindlichkeit von anfänglichem LIGO am Ende des Laufs verschieden von den NSF-zusammengezogenen Empfindlichkeitsabsichten der Anfänglichen und Fortgeschrittenen Instrumente. Einige der Verbesserungen in Erhöhtem LIGO haben eingeschlossen:

• Vergrößerte Lasermacht.
• Entdeckung von Homodyne.
• Produktionsweise-Reiniger.
• Ausgabe-Hardware im Vakuum.

Wissenschaftslauf 6 (S6) hat im Juli 2009 mit den erhöhten Konfigurationen auf den 4 km Entdecker begonnen. Es hat im Oktober 2010 aufgehört, und das Auseinanderbauen der ursprünglichen Entdecker hat begonnen. Eine geschätzte vierjährige lange Anstrengung, die Fortgeschrittenen LIGO Entdecker zu installieren und zu beauftragen, ist zurzeit laufend.

Zukunft

Fortgeschrittener LIGO

Das LIGO Laboratorium, mit der Unterstützung vom Nationalen Wissenschaftsfundament und dem GEO 600 Kollaboration, und mit der Teilnahme durch die LIGO Wissenschaftliche Kollaboration, baut Fortgeschrittenen LIGO. Dieser neue Entdecker (früher bekannt als "LIGO 2") wird entworfen, um die Empfindlichkeit von anfänglichem LIGO um mehr als einen Faktor 10 zu verbessern, und wird zurzeit an beiden LIGO Sternwarten installiert, die ursprünglichen Entdecker ersetzend. Vorgesehen, um Operationen 2014 zu beginnen, wie man voraussieht, gestaltet das Fortgeschrittene LIGO System Gravitationswelle-Wissenschaft in ein starkes Beobachtungswerkzeug um. Bezüglich 2008 wurden mehr als $ 200 Millionen für die Steigung im Laufe der nächsten sieben Jahre geplant.

LIGO Wissenschaftler nehmen an, dass dieses neue Instrument Gravitationswelle-Quellen vielleicht so häufig sieht wie täglich mit ausgezeichneten Signalkräften. Es sollte Details der Wellenformen erlauben, von und im Vergleich zu Theorien von Neutronensternen, schwarzen Löchern und anderen hoch relativistischen Gegenständen gelesen zu werden. Die Verbesserung der Empfindlichkeit wird der geplanten Jahresbeobachtungszeit von anfänglichem LIGO erlauben, in gerade mehreren Stunden gleichgekommen zu werden.

LIGO-Australien

LIGO-Australien war ein vorgeschlagener Plan, einen der drei Fortgeschrittenen LIGO interferometers an der Forschungsmöglichkeit von Australian International Gravitational Observatory (AIGO) zu installieren, die vom australischen Konsortium für die Interferometric Gravitationsastronomie (ACIGA) in der Nähe von Gingin im Westlichen Australien bedient ist.

Entwicklungsfahrplan von 2010, der von Gravitational Wave International Committee (GWIC) für das Feld der Gravitationswelle-Astronomie ausgegeben ist, hat empfohlen, dass eine Vergrößerung der globalen Reihe von interferometric Entdeckern als ein höchster Vorrang verfolgt wird. Solch ein Netz würde Astrophysikern mit robusteren Suchfähigkeiten und höheren wissenschaftlichen Erträgen gewähren. In seinem Fahrplan hat GWIC die Südliche Halbkugel als eine der Schlüsselpositionen identifiziert, in denen eine Gravitationswelle interferometer vorhandene Entdecker am effektivsten ergänzen konnte. Die AIGO Möglichkeit im Westlichen Australien wurde gut gelegen, um mit den vorhandenen und geplanten Bestandteilen des globalen Netzes zu arbeiten, und hat bereits eine energische Gravitationswelle-Gemeinschaft besessen.

Im Oktober 2010 hat der LIGO interferometers ihre sechste datennehmende Wissenschaft geführt geschlossen, und die anfänglichen Instrumente haben begonnen, vor einer vierjährigen Anstrengung auseinander genommen zu werden, die Fortgeschrittenen LIGO Entdecker mit ihrer zehnfachen Zunahme in der Empfindlichkeit zu installieren und zu beauftragen. Dieser betriebliche Mangel bietet LIGO Wissenschaftlern an und konstruiert eine ideale Gelegenheit, alle Bestandteile von einem ihrer fortgeschrittenen Entdecker zu einer neuen Position wie die AIGO Seite zu übertragen, gesammelt und dort bedient zu werden. Der LIGO Hanford Sternwarte würde einen seiner zwei Entdecker zur Verfügung stellen, ein Paar verlassend, um auf einer Kontinentalgrundlinie in Nordamerika zu bleiben.

Der LIGO-australische Plan wurde durch die US-Finanzierung von LIGO der Agentur, des Nationalen Wissenschaftsfundaments, Anteils auf dem Verstehen genehmigt, dass es keine Zunahme im Gesamtbudget von LIGO eingeschlossen hat. Die Kosten des Gebäudes, des Funktionierens und der Stellenbesetzung des interferometer hätten sich völlig mit der australischen Regierung ausgeruht. Die Entscheidung musste getroffen werden vor der Installation des Fortgeschrittenen LIGO steht interferometers auf dem Plan, um zu beginnen, und das Fenster der Gelegenheit für die Wiederposition hat geschlossen.

Nach einer jahrelangen Anstrengung hat das LIGO Laboratorium ungern zugegeben, dass die vorgeschlagene Wiederposition eines Fortgeschrittenen LIGO Entdeckers nach Australien nicht vorkommen sollte. Die australische Regierung hatte sich zu einem ausgeglichenen Budget kompromittiert, und das hat irgendwelche neuen Anfänge in der Wissenschaft ausgeschlossen. Der Termin für eine Antwort von Australien ist am 1. Oktober 2011 gegangen.

LISA

LISA, die Interferometer Laserraumantenne, ist ein vorgeschlagenes Gravitationswelle-Entdeckungsprojekt, einen Laser interferometer zu bauen, aus drei Raumfahrzeugen in der Sonnenbahn bestehend. Wie am Anfang konzipiert, würde LISA zu Gravitationswellen in einem verschiedenen Frequenzband von diesem der LIGO Entdecker empfindlich sein, die zwei von einander ergänzenden Experimente machend. LISA hat als ein gemeinsames Projekt der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) begonnen, aber im April 2011 hat NASA bekannt gegeben, dass es kaum seine LISA Partnerschaft mit dem ESA, wegen der Finanzierung von Beschränkungen fortsetzen würde. Der ESA plant, eine volle Revision des Konzepts der Mission zu beginnen, das im Februar 2012 anfängt.

Europäische Neue Gravitationswelle-Sternwarte (NGO) / eLISA

Eine Zeitung veröffentlicht hat im Januar 2012 die europäische Neue Gravitationswelle-Sternwarte (NGO) Mission besprochen (ist auf den vorherigen LISA Vorschlag zurückzuführen gewesen), und hat sich auf diesen abgeleiteten Vorschlag durch einen informellen Namen "eLISA" bezogen und hat vorgeschlagen, dass es im niederfrequenten Gravitationswelle-Band (über den 0:1 MHz zu 1 Hz) mit der genügend Empfindlichkeit überblicken wird, um interessante individuelle astrophysical Quellen zu kosmologischen Entfernungen zu entdecken, die durch eine Rotverschiebung z = 15 vertreten sind.

Die eLISA Konstellation würde drei Raumfahrzeuge umfassen, die in einer V Bildung mit dem Haupthandwerk funktionieren, das zwei frei fallende "Testmassen" hat, die den Endpunkt der zwei interferometer Arme definieren, während das andere zwei Handwerk die Endpunkte der interferometer Arme hat. Das drei Handwerk würde die Sonne umkreisen und am Anfang eine nah-gleichseitige Dreiecksbildung mit einem armlength L = 10^9m haben. Die Absicht ist Entdeckung in einer Frequenzreihe 3x 10^-5 Hz zu 1 Hz.

Siehe auch

• Fernrohr von Einstein, für einen europäischen der dritten Generation Gravitationswelle-Entdecker.
• Einstein@Home, für einen Freiwilligen hat Rechenprogramm verteilt, das man herunterladen kann, um den LIGO/GEO Mannschaften zu helfen, ihre Daten zu analysieren.
• GEO 600, für einen Gravitationswelle-Entdecker hat sich in Hannover, Deutschland niedergelassen.
• Fermilab Holometer
• Tests der allgemeinen Relativität
• Jungfrau interferometer, ein interferometer ähnlicher LIGO, hat sich in der Nähe von Pisa, Italien niedergelassen.
• Liste von Laserartikeln

Referenzen

• Schläfchen Thorne, ITP & Caltech. Raum-Zeit-Verziehen und das Quant: Ein Anblick der Zukunft. Vortrag gleitet und Audio-
• Rainer Weiss, Elektromagnetisch verbundene Breitbandgravitationswelle-Antenne, MIT RLE QPR 1972

Weiterführende Literatur

• Die unfertige Symphonie von Einstein von Marcia Bartusiak, internationale Standardbuchnummer 0425186202.
• Grundlagen von Interferometric Gravitationswelle-Entdeckern durch Peter R. Saulson, internationale Standardbuchnummer 9810218206.
• Der Schatten des Ernstes: Die Suche nach Gravitationswellen durch Harry Collins, internationale Standardbuchnummer 0226113787.
• Mit der Geschwindigkeit des Gedankens durch Daniel Kennefick, internationale Standardbuchnummer 9780691117270 reisend

Links

• LIGO Wissenschaftliche Kollaborationswebseite
• LIGO Laboratorium
• LIGO Nachrichten blog
• Das Leben LIGO blog: Das Antworten auf Fragen über die LIGO Wissenschaft und ein Wissenschaftler durch das LIGO Mitglied Amber Stuver zu sein
• Fortgeschrittene LIGO Einstiegsseite
• Columbia experimenteller Ernst
• Amerikanisches Museum des naturgeschichtlichen Films und der anderen Materialien auf LIGO
• 40-M-Prototyp
• Erdbewegung studiert Eine kurze Diskussion von Anstrengungen, für die seismische und von den Menschen verbundene Tätigkeit zu korrigieren, die zum Hintergrundsignal der LIGO Entdecker beiträgt.
• Die Physik von Caltech 237-2002 Gravitationswellen durch Kip Thorne Video plus Zeichen: Absolventenniveau, aber nimmt Kenntnisse der Allgemeinen Relativität, Tensor-Analyse oder Differenzialgeometrie nicht an; Teil 1: Theorie (10 Vorträge), Teil 2: Entdeckung (9 Vorträge)
• Caltech Tutorenkurs auf der Relativität - Eine umfassende Beschreibung von Gravitationswellen und ihren Quellen.