Interferometru VIRGO

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - "FECIOARA" se referă aici. Dacă sunteți în căutarea instrumentului la bordul navei spațiale SOHO, consultați Variabilitatea iradianței solare .
Experimentul Fecioarei
Logo-virgo.png
VirgoDetectorAerialView.jpg
Vedere de sus a detectorului Fecioară
Tip colaborare științifică internațională
Afilierea internațională LVC (Colaborare științifică LIGO și colaborare Fecioară)
fundație 1994
Fondator CNRS , INFN
Domeniul de aplicare detectarea undelor gravitaționale
Sediul central Italia Santo Stefano în Macerata
Zona de acțiune cercetare de baza
Purtător de cuvânt Italia Giovanni Losurdo
Membri CNRS ( Franța ), INFN ( Italia ), NIKHEF (Olanda), POLGRAW (Polonia), RMKI (Ungaria), Spania
Angajați peste 280 de fizicieni și ingineri din 20 de grupuri europene de cercetare
Site-ul web
Editați datele pe Wikidata · Manual

Coordonate : 43 ° 37'52.9 "N 10 ° 30'16.3" E / 43.631361 ° N 10.504528 ° E 43.631361; 10.504528 Fecioara este un interferometru mare construit de o colaborare internațională pentru a detecta undele gravitaționale provenite din univers ; undele gravitaționale sunt un efect prezis de teoria relativității generale a lui Einstein. Fecioara este un interferometru Michelson , cu brațele lungi 3 km , situat în municipiul Cascina ( PI ), în localitatea Santo Stefano din Macerata .

Interferometru gravitațional Fecioară

Colaborarea Fecioară este formată din peste 280 de fizicieni și ingineri aparținând a 20 de grupuri europene de cercetare diferite: șase grupuri aparținând Centrului Național de Cercetare Științifică (CNRS) din Franța; opt la Institutul Național de Fizică Nucleară (INFN) din Italia; doi la Nikhef din Olanda; MTA Wigner RCP din Ungaria; grupul POLGRAW din Polonia; Universitatea din Valencia din Spania; și Observatorul Gravitațional European , EGO, laboratorul care găzduiește detectorul Fecioară lângă Pisa în Italia, finanțat de CNRS, INFN și Nikhef. EGO oferă suport pentru întreținerea site-ului și a infrastructurilor sale; se ocupă cu gestionarea centrului de calcul pentru analiza datelor. Acest organism promovează și finanțează unele dintre activitățile de cercetare și dezvoltare ale câmpului experimental și teoretic al cercetării undelor gravitaționale în Europa.

În lume există și alți detectoare de unde gravitaționale similare cu Fecioara: în special cei doi detectoare LIGO de la Hanford și Livingston din Statele Unite, de asemenea interferometre mari cu brațe lungi 4 km , în care datele din 2015 au fost înregistrate pentru prima dată trecerea unei unde gravitaționale ( GW150914 ), descoperită în comun de colaborările LIGO și Fecioară. Descoperirea i-a adus premiul Nobel pentru fizică din 2017.

Interferometrul Fecioară își ia numele de la clusterul Fecioară care este format din aproximativ 1 500 de galaxii din constelația Fecioară și la aproximativ 50 de milioane de ani lumină de Pământ.

Obiective

Primul obiectiv al Fecioarei a fost să observe undele gravitaționale, obiectiv pe care l-a atins în 2015 împreună cu Colaborarea științifică LIGO. Acum Fecioara își propune să detecteze din ce în ce mai multe semnale gravitaționale de origine astrofizică și să extragă din ele cât mai multe informații științifice. În acest scop, colaborarea este dedicată unui proiect de îmbunătățire pe mai mulți ani care vizează creșterea progresivă a sensibilității instrumentului; aceste perioade de dezvoltare experimentală vor fi alternate cu perioade de preluare a datelor, într-un program global [1] pentru detectarea undelor gravitaționale care vor fi văzute ca protagoniști pe lângă Advanced Virgo și Advanced LIGO, de asemenea, detectoarele interferometrice în curs de construcție, și anume KAGRA în Japonia și al treilea detector LIGO din India.

Undele gravitaționale detectabile de Fecioară (frecvențele la care este sensibilă se află într-un interval extins între 10 și 5 000 Hz ) sunt așteptate de la coalescența sistemelor binare (de stele de neutroni sau găuri negre sau mixte), de la explozii de supernova de stele masive, de la stele de neutroni care se acumulează, de la stele de neutroni în rotație și cu o mică deformare a crustei și de la fondul gravitațional generat în primele momente ale universului după Big Bang .

Astfel, Fecioara își propune să joace un rol cheie în dezvoltarea unei noi astronomii în care universul este observat cu un mesager (unde gravitaționale) diferit de radiația electromagnetică mai tradițională. În plus, în viitor va fi posibil să adăugăm informații gravitaționale la cele date de semnale electromagnetice, raze cosmice și neutrini , deschizând ușile către o astronomie pentru diferiți mesageri (în engleză, multimessenger).

Descriere

Țările fondatoare ale proiectului sunt în albastru, în timp ce țările care s-au alăturat ulterior sunt în albastru
Fiecare oglindă Fecioară este suspendată, sub vid, pe o structură mecanică care atenuează foarte mult vibrațiile seismice. Un „superatenuator” constă dintr-un lanț de pendule suspendate de o platformă, susținut de trei picioare lungi flexibile, încastrate la bază: din punct de vedere tehnic, un pendul inversat. În acest fel, vibrațiile seismice la frecvențe mai mari de 10 Hz sunt reduse de peste 10 12 ori și poziția oglinzii este controlată foarte precis.

Schematic Fecioara este formată din două brațe lungi de 3 km și dispuse într-un L. Fascicul unei surse laser este împărțit în două printr-un separator de fascicul la vârful L. Lumina este trimisă de-a lungul fiecăruia dintre cele două brațe, reflectate înapoi de o oglindă suspendată și apoi se recombină la vârf unde este măsurată de o fotodiodă . Când o undă gravitațională trece prin interferometru, perturbarea spațiului-timp se manifestă ca o schimbare a lungimii relative a celor două brațe. La rândul său, acest lucru determină faptul că grinzile recombinate, care sunt în perfectă antifază dacă brațele au aceeași lungime (rezultând interferențe distructive), sunt ușor în fază . Acest lucru are ca rezultat un semnal măsurabil la fotodiodă. Pentru undele gravitaționale de origine cosmică așteptate pentru Fecioară, variația lungimii brațelor (lungime de 3 km) este foarte mică, de ordinul a 10 −18 m.

În realitate, configurația optică a Fecioarei este mult mai complicată, pentru a reduce diferitele surse de zgomot care ar masca semnalul slab indus de trecerea unei unde gravitaționale. De fapt, efortul de a minimiza zgomotul modelează designul unui detector de tip Fecioară, semnalul putând crește doar odată cu lungimea brațelor. De exemplu, Fecioara folosește cavități optice rezonante de-a lungul brațelor pentru a-și mări lungimea efectivă: în acest scop, o oglindă semi-reflectorizantă este suspendată în apropierea separatorului de fascicul din fiecare dintre cele două brațe, care constituie o cavitate optică cu un Fabry-Pérot interferometru cu oglinda plasată la capătul brațului. În plus, Fecioara este echipată și cu o cavitate de reciclare a luminii, creată datorită unei oglinzi care este plasată între sursa laserului și separatorul de fascicule. Suspendarea principalelor componente optice este esențială pentru reducerea sursei de zgomot mecanic / seismic. În Advanced Virgo, băncile care adăpostesc componente optice critice și fotodiode sunt, de asemenea, suspendate. Lumina se propagă în vid, ceea ce face din Fecioară cel mai mare sistem de vid ultra-înalt (mai puțin de 1 μPa ) din Europa.

Un experiment similar, dar cu o amploare mult mai mare, va fi LISA . Măsurătorile vor fi efectuate de trei sateliți artificiali care vor înconjura soarele . Data de lansare este așteptată în 2034 [2] . Pe 3 decembrie 2015, a fost lansat satelitulESA Lisa Pathfinder , care va ajuta la testarea tehnologiilor care vor fi apoi utilizate în cei trei sateliți LISA.

Advanced VIRGO

În perioada 2011-2016 s-au efectuat lucrări pentru creșterea sensibilității cu un factor de 10. După calibrarea diferitelor instrumente, împreună cu LIGO va fi posibil să se identifice poziția evenimentelor care generează unde gravitaționale, precum și caracteristicile fizice ale acestora. . Inaugurarea Advanced VIRGO a avut loc pe 20 februarie 2017 [3] [4] . La 1 august 2017 Advanced Virgo s-a alăturat rețelei a doi detectori Advanced LIGO în campania de observare O2, care s-a încheiat la 25 august 2017. [5]

VIRGO - vedere la tubul vestic.jpg
Vedere a tubului de vest de la poarta complexului

Descoperiri științifice

Semnalul GW170814 din 14 august 2017 detectat de cele trei interferometre

La 11 februarie 2016, Colaborarea Fecioară și Colaborarea Științifică LIGO au publicat știrea primei observații directe a undelor gravitaționale (numită GW150914 ), constând dintr-un semnal distinct primit la ora 09:51 UTC pe 14 septembrie 2015 din două găuri negre având ~ 30 de mase solare care fuzionează între ele la aproximativ 1,3 miliarde de ani lumină de pământ. [6] [7]

La 14 august 2017, la ora 10:30 UTC , în timpul ferestrei de observare de la 1 la 25 august 2017, Fecioara a observat pentru prima dată o undă gravitațională (numită GW170814) provenită din fuziunea a două găuri negre având 31 și 25 de mase solare. Acest eveniment a fost primul observat simultan de cei trei detectori Fecioară, LIGO Hanford și LIGO Livingston: acest lucru a permis o triangulare mult mai precisă decât evenimentul din 14 septembrie 2015, rezultând determinarea sursei la 60 grade 2 . Detectarea evenimentului de către trei interferometri atât de departe a permis, de asemenea, studiul polarizării undei gravitaționale și, în special, a polarizărilor nepermise în relativitatea generală : datele GW170814 sunt în concordanță cu relativitatea generală. [8] [9] [10]

Cronologie

  • 1985: Alain Brillet ( CNRS , Franța) și Adalberto Giazotto ( INFN , Italia) încep să colaboreze
  • 1989: este prezentată prima propunere a Fecioarei
  • 1994: proiectul este aprobat de CNRS și INFN
  • 1996: începe construcția Fecioarei pe locul din Santo Stefano a Macerata - Cascina (Pisa)
  • 2001: în decembrie se creează Observatorul European Gravitațional (EGO) la Cascina, de către CNRS și INFN
  • 2003: sfârșitul construcției Fecioarei și inaugurarea acesteia
  • 2006: (formal 2007) Olanda (Institutul Nikhef) se alătură Colaborării Fecioară - mai târziu se alătură și Polonia (IMPAN), Ungaria (Institutul Wigner) și Spania (Universitatea din Valencia)
  • 2007: în mai, este semnat Memorandumul de înțelegere între LIGO și Fecioară, care stabilește și reglementează schimbul complet de date, analiza datelor comune și publicațiile comune
  • 2007-2011: perioade de colectare a datelor pentru detectorul Fecioară
  • 2011-2016: program multianual de îmbunătățiri care determină Fecioara mai întâi să devină Fecioară + și apoi Fecioară avansată
  • 2015: prima observare a undelor gravitaționale GW150914 de către colaborările LIGO și Fecioară folosind datele de la Advanced LIGO
  • 2016-2017: implementarea Advanced Virgo
  • 2017: Advanced Virgo este inaugurat în februarie
  • 2017: pe 1 august Advanced Virgo se alătură Advanced LIGO pentru o captură de date de patru săptămâni
  • 2017: septembrie, publicarea primei detecții a undelor gravitaționale GW170814 folosind și date de la Advanced Virgo, precum și date de la Advanced LIGO.

Notă

  1. ^ (EN) BP Abbott și colab. , Perspective pentru observarea și localizarea tranzitorilor undelor gravitaționale cu Advanced LIGO și Advanced Virgo ( PDF ), în Living Rev Relativ , vol. 19, ianuarie 2016, DOI : 10.1007 / lrr-2016-1 . Accesat 04 decembrie 2020.
  2. ^ Countdown to LISA Pathfinder , în Science , 30 noiembrie 2015. Accesat la 21 februarie 2017 .
  3. ^ Cascina, unde gravitaționale și mai aproape: Advanced Virgo este gata , în PisaToday , 20 februarie 2017. Adus 20 februarie 2017 .
  4. ^ Fecioară Augmentată , deschide o fereastră nouă pe cosmos , în PisaInforma , 20 februarie 2017. Adus 21 februarie 2017 (arhivat din original la 22 februarie 2017) .
  5. ^ (EN) VIRGO se alătură LIGO pentru perioada de luare a datelor (Observation Run 2) (O2) (PDF) pe virgo-gw.eu, 11 octombrie 2017.
  6. ^ (EN) BP Abbott, LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger , în Physical Review Letter 116, 061102 (2016), 11 februarie 2016, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.116.061102 . Adus pe 21 februarie 2017.
  7. ^ (EN) și Davide Castelvecchi Witze Witze, undele gravitaționale ale lui Einstein găsite în cele din urmă , în Nature News, 11 februarie 2016, DOI : 10.1038 / nature.2016.19361 . Adus pe 21 februarie 2017.
  8. ^ (EN) The LIGO Scientific Collaboration și The Virgo Collaboration, GW170814: O observare cu trei detectoare a undelor gravitaționale dintr-o coalescență binară a găurii negre (PDF). Adus la 28 septembrie 2017 .
  9. ^ Ligo și Virgo descoperă un nou semnal de undă gravitațională , în Focus.it , 27 septembrie 2017. Accesat la 28 septembrie 2017 .
  10. ^ Undele gravitaționale: un nou semnal de la Univers detectat la Cascina , în Marea Tireniană , 27 septembrie 2017. Adus la 28 septembrie 2017 .

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Astronomie Portal Astronomie Puteți ajuta Wikipedia prin completarea lui Astronomie și Astrofizică
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Interferometro_VIRGO&oldid=122210505 ”