Helmikuussa 2016 LIGO: n laserinterferometrimittarin gravitaatioaalto-observatorion tutkijat tekivät historian ilmoittamalla ensimmäisen kerran gravitaatioaaltojen (GW) havaitsemisesta. Nämä maailmankaikkeuden kankaassa tapahtuvat aallot, jotka johtuvat mustien reikien sulautumisista tai valkoisten kääpiöiden törmäyksestä, ennustettiin ensin Einsteinin teoriassa yleisestä suhteellisuudesta suunnilleen sata vuotta sitten.
Noin vuosi sitten, LIGO: n kaksi toimintoa otettiin offline-tilaan, jotta sen ilmaisimet voivat läpikäydä sarjan laitteistopäivityksiä. Näiden päivitysten valmistuttua LIGO ilmoitti äskettäin, että observatorio palaa takaisin verkkoon 1. huhtikuuta. Siinä vaiheessa sen tutkijat odottavat, että sen lisääntynyt herkkyys mahdollistaa "melkein päivittäin" havaitsemisen.
Tähän mennessä noin kolmen ja puolen vuoden aikana on havaittu yhteensä 11 painovoima-tapahtumaa. Näistä kymmenen oli seurausta mustan aukon sulautumisista, kun taas jäljellä olevan signaalin aiheutti pari neutronitähtiä törmäsi (kilonovatapahtuma). Tutkiessaan näitä tapahtumia ja muita vastaavia, tutkijat ovat aloittaneet uuden tähtitieteen aikakauden.
Ja kun LIGO-päivitys on nyt valmis, tutkijat toivovat kaksinkertaistavansa tulevan vuoden aikana havaittujen tapahtumien määrän. Sanoi Gabriela González, Louisiana State Universityn fysiikan ja tähtitieteen professori, joka vietti vuosia GW: n metsästyksessä:
”Galileo keksi kaukoputken tai käytti teleskooppia ensimmäistä kertaa tähtitieteen tekemiseen 400 vuotta sitten. Ja tänään rakennamme edelleen parempia kaukoputkia. Mielestäni tämä vuosikymmen on alkanut painovoima-astronomian. Joten tämä edistyy jatkuvasti, kun parempia ilmaisimia, erilaisia ilmaisimia ja enemmän ilmaisimia. "
Nämä kaksi LIGO-ilmaisinta, jotka sijaitsevat Hanfrodissa, Washingtonissa ja Livingstonissa, Louisiana, koostuvat kahdesta betoniputkesta, jotka on liitetty pohjaan (muodostaen jättiläisen L-muodon) ja ulottuvat kohtisuorassa toisiinsa noin 3,2 km (2 mi). Putkilinjojen sisällä käytetään kahta voimakasta lasersädettä, jotka palautetaan pois sarjasta peilejä, mitata kunkin varren pituus äärimmäisen tarkasti.
Kun gravitaatioaallot kulkevat ilmaisimien läpi, ne vääristävät tilaa ja aiheuttavat pituuden muutoksen pienimmällä etäisyydellä (ts. Subatomisella tasolla). Louisianaan Livingstonissa sijaitsevan LIGO-observatorion johtajan Joseph Giaimesin mukaan viimeaikaisiin päivityksiin sisältyy optiikkaa, joka lisää laservoimaa ja vähentää mittausten ”melua”.
Loppuvuodeksi painovoima-aaltojen tutkimusta tukee myös se, että myös kolmas ilmaisin (Virgo-interferometri Italiassa) suorittaa havaintoja. LIGOn viimeisen havaintoajon aikana, joka kesti marraskuusta 2016 elokuuhun 2017, Neitsyt oli vain toiminnassa ja pystyi tarjoamaan tukea sen loppuun asti.
Lisäksi Japanin KAGRA-observatorion odotetaan liittyvän verkkoon lähitulevaisuudessa, mikä mahdollistaa entistä tehokkaamman havaintoverkon. Loppujen lopuksi se, että useiden observatorioiden välillä on erotettu toisistaan valtaisilla etäisyyksillä ympäri maailmaa, ei vain mahdollista suurempaa vahvistusta, vaan auttaa myös kaventumaan GW-lähteiden mahdollisia sijainteja.
Seuraavaa havaintoajoa varten GW-tähtitieteilijöillä on myös julkisen hälytysjärjestelmän etu - josta on tullut säännöllinen osa nykyaikaista tähtitiedettä. Periaatteessa, kun LIGO havaitsee GW-tapahtuman, ryhmä lähettää hälytyksen, jotta ympäri maailmaa sijaitsevat observatoriat voivat osoittaa kaukoputkensa lähteelle - jos tapahtuma tuottaa havaittavissa olevia ilmiöitä.
Näin oli varmasti vuonna 2017 järjestetyn kilnova-tapahtuman (tunnetaan myös nimellä GW170817) kanssa. Kun kaksi GW: tä tuottavaa neutronitähtää törmäsivät, seurauksena oli kirkas jälkihehku, joka itse asiassa kirkastui ajan myötä. Törmäys johti myös supernopeiden materiaalisuihkujen vapautumiseen ja mustan aukon muodostumiseen.
MIT: n gravitaatioaallotutkijan Nergis Mavalvalan mukaan GW-tapahtumiin liittyvät havaittavat ilmiöt ovat olleet toistaiseksi harvinainen hoito. Lisäksi on aina mahdollista, että havaitaan jotain täysin odottamatonta, joka saa tutkijat hämmentyneiksi ja hämmästyneiksi:
”Olemme nähneet vain kourallisen mustia reikiä kaikista mahdollisista, jotka ovat siellä. On monia, monia kysymyksiä, joita emme vielä tiedä kuinka vastata ... Näin löytö tapahtuu. Kytket päälle uuden instrumentin, osoitat sen taivaalle ja näet jotain, josta sinulla ei ollut aavistustakaan. "
Painovoima-aaltojen tutkimus on vain yksi monista tähtitiedessä nykyään tapahtuvista kierroksista. Ja aivan kuten muutkin tutkimusalat (kuten eksoplaneettatutkimukset ja varhaisen maailmankaikkeuden havainnot), sillä on hyötyä sekä parannettujen välineiden että menetelmien käyttöönotosta tulevina vuosina.
