LIGO (англ. Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) — лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория. Проект был предложен в 1992 году Кипом Торном, Рональдом Дривером из Калифорнийского технологического института и Райнером Вайсом из Массачусетского технологического института. Проект финансируется американским Национальным научным фондом. Достигая по стоимости 365 миллионов долларов, этот проект является самым амбициозным среди всех когда-либо финансировавшихся фондом. Международное Научное Сообщество LIGO (англ. LIGO Scientific Collaboration, LSC) представляет собой растущую с каждым годом группу исследователей: около 40 научно-исследовательских институтов и 600 отдельных учёных, работают над анализом данных, поступающих с LIGO и других обсерваторий. В составе коллаборации работают и две научные группы из России: группа член-корр. РАН В. Б. Брагинского (Физический факультет МГУ, Москва) и группа член-корр. РАН А. Сергеева (Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород).

Цели и задачи

Главная задача LIGO — экспериментальное обнаружение гравитационных волн космического происхождения. Эти волны впервые были предсказаны в общей теории относительности Эйнштейна в 1916 году, когда ещё не существовало технологий, необходимых для их обнаружения. Впервые их существование было косвенно доказано Р. Халсом и Дж. Тейлором при изучении пульсара PSR B1913+16. За это открытие они были награждены Нобелевской премией по физике в 1993 году.

В августе 2002 года обсерватория LIGO начала наблюдение гравитационных волн. Их можно наблюдать в двойных системах (столкновения и взаимодействия нейтронных звёзд и чёрных дыр), при взрывах сверхновых звёзд, вблизи пульсаров и в остатках гравитационного излучения, порождённого Большим взрывом. Теоретически обсерватория может исследовать и такие гипотетические явления как космические струны и границы доменов (англ. Domain wall, границы, разделяющие регионы двух возможных минимумов потенциальной энергии (вакуумов)).

Обсерватория участвует в проекте Einstein@Home.

Обсерватории

LIGO состоит из двух обсерваторий: в Ливингстоне (штат Луизиана)^[1] и в Хэнфорде^[2], удалённых друг от друга на 3002 километра. Поскольку скорость распространения гравитационных волн, как ожидают, равна скорости света, это расстояние даёт разницу в 10 миллисекунд, которая позволит определить направление на источник зарегистрированного сигнала.

Основной элемент каждой обсерватории — Г-образная система, состоящая из двух четырёхкилометровых плеч с высоким вакуумом внутри. Внутри такой системы устанавливается интерферометр Майкельсона, в каждом из плеч которого благодаря дополнительным зеркалам образуются резонаторы Фабри-Перо.

Одновременно с основным интерферометром может быть использован «малый» интерферометр. Длина плеча такого интерферометра вдвое меньше (2 километра), а резкости резонаторов Фабри-Перо в плечах те же, что и у основного интерферометра, что соответствует вдвое меньшему времени затухания. Из-за уменьшения времени звона, теоретически рассчитанная чувствительность малого интерферометра совпадает с чувствительностью основного интерферометра на частотах выше 200 Гц, но вдвое хуже на низких частотах.

Обсерватория в Ливингстоне работает с одним интерферометром в основном режиме. В 2004 году этот интерферометр был успешно усовершенствован посредством установки основанной на гидравлических актюаторах активной системы механического шумоподавления. Такая система обеспечивает ослабление вибраций на частотах 0,1—5 Гц на порядок. В этой полосе сейсмические вибрации обусловлены, в основном, микросейсмическими волнами и антропогенными источниками (дорожным движением, лесозаготовками и пр.)

В Хэнфордской обсерватории наряду с интерферометром, идентичным Ливингстонскому, используют также вдвое меньший интерферометр. Благодаря ограниченной сейсмической активности в Юго-восточном Вашингтоне, в Хэнфорде допустимо было продолжать использовать пассивную систему шумоподавления.

История научных запусков^[3]

• 23 августа 2002 г. — 9 сентября 2002 г. (кодовое обозначение «S1»);
• 14 февраля 2003 г. — 14 апреля 2003 г. («S2»);
• 31 октября 2003 г. — 9 января 2004 г. («S3»);
• 22 февраля 2005 г. — 23 марта 2005 г. («S4»);
• 4 ноября 2005 г. — август 2007 г. («S5»).
• 7 июля 2009 г. — 20 октября 2010 г. («S6»).

Проекты

Advanced LIGO

Предполагается серия улучшений обсерватории. К 2014 году планируется достичь на порядок лучшей чувствительности, чем в действующих в настоящее время антеннах.^[4]

LISA

LISA (англ. Laser Interferometer Space Antenna, Космическая антенна, использующая принцип лазерного интерферометра) — совместный проект НАСА и ЕКА, который планируется объединить с LIGO в исследовании гравитационных волн. Обсерватории будут воспринимать гравитационные волны на разных частотах (частота волн, воспринимаемых LISA, на четыре — пять порядков ниже, чем у LIGO), поэтому полученные данные будут взаимодополняться.

См. также

• Детектор гравитационных волн
• Einstein@Home

Примечания