Увеличили чувствительность LIGO

В новостях науки сообщили, что увеличили чувствительность LIGO. Открывается возможность обнаружения гравитационных волн почти каждую неделю. LIGO - это лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория. 14 февраля 2016 г. LIGO и Virgo объявили об обнаружении гравитационных волн. Сигнал исходил от слияния двух чёрных дыр на расстоянии около 1,3 млрд. световых лет от Земли.

Гравитационные волны предсказаны в общей теории относительности Эйнштейном в 1916 г. Видимо, к 100-летию предсказания объявили об обнаружении.

За решениями сложнейших технических задач существует главный вопрос: что наблюдают искатели гравитационных волн? Для этого надо познакомиться с устройством интерферометров.

LIGO состоит из двух обсерваторий, удалённых друг от друга на 3002 км. Основной элемент каждой  обсерватории - Г-образная система, состоящая из 2-х 4-х километровых плеч с модифицированным интерферометром Майкельсона. Основным элементом интерферометра является зеркало на подвесах. Гравитационная волна деформирует пространство, а деформированное пространство удлиняет одно плечо и одновременно укорачивает второе плечо интеферометра. Так обнаруживаются гравитационные волны.

Одной из главных задач является сохранение в неподвижном состоянии зеркал при воздействии сейсмических волн. Кроме того, существуют помехи, связанные с изменением гравитационного поля под воздействием лунных и солнечных приливов, перемещением мантийных масс. Небольшие изменения гравитации возбуждают в земной коре медленные колебания, которые чувствует LIGO. Для защиты от сейсмических волн и изменений гравитационного поля применяется сложнейшая система компенсирования этих воздействий. Тем не менее, на частотах ниже 10 гц. амплитуда этих воздействий начинает доминировать в шумовой картине, образуя т. н. seismic wall. Фактически это означает, что на Земле невозможно построить детектор низкочастотных гравитационных волн, которые характерны для сливающихся сверхбольших чёрных дыр. Ну, что поделаешь, придётся ограничиться регистрацией не очень низкочастотных гравитационных волн от слияния не очень больших чёрных дыр.

Главное в этой защите интерферометров от сейсмических волн - это сложная система подвесов зеркала. В каком приборе впервые стали применять пружинные подвесы для регистрации слабых сейсмических колебаний? Этот прибор называется сейсмограф. Один из первых электродинамических сесмографов построил выдающийся русский геофизик - князь Борис Борисович Голицын. Это установленный на пружинном подвесе груз, который при сотрясении остаётся неподвижным, тогда как корпус или опора приходит в движение и смещается относительно груза. Есть сейсмографы чувствительные к вертикальным колебаниям, есть - к горизонтальным. Таким образом, в сверхчувствительном интерферометре LIGO и сейсмографе применяются подвесы.

Как реагирует сейсмограф на смещение корпуса? Горизонтальный сейсмограф резко сместим на небольшую величину по горизонтали. Грузик на короткое время останется неподвижным, но пружинный подвес вернёт груз в исходное положение и в зависимости от амплитудно - частотной характеристики сейсмографа, грузик совершит затухающие колебания около положения равновесия. Это называется переходный процесс.

Что может сместить громадный интерферометр по горизонтали? Полагаю, что это дрейф континента, в данном случае Северо-американского континента. Зеркало в интерферометре защитили от внешних вибраций подвесами, но громадный корпус интерферометра невозможно защитить от горизонтальных смещений вместе с континентом. Сверхчувствительные интерферометры - сейсмографы зарегистрировали дрейф континента, а искатели гравиволн наблюдали переходный процесс горизонтального сейсмографа, массивное зеркало которого висит на подвесе, который висит на другом подвесе и т. д.

Гравитационных волн не существует по законам физики, потому что пространство и время не имеют физических свойств и не могут быть деформированы.