De LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) van de National Science Foundation zal op 1 april zijn jacht op zwaartekrachtgolven - rimpelingen in ruimte en tijd - hervatten. na het ontvangen van een reeks upgrades voor zijn lasers, spiegels, en andere componenten. LIGO - dat bestaat uit dubbele detectoren in Washington en Louisiana - heeft nu een gecombineerde toename in gevoeligheid van ongeveer 40 procent ten opzichte van de laatste run, wat betekent dat het een nog groter ruimtevolume kan overzien dan voorheen voor krachtige, golfmakende evenementen, zoals de botsingen van zwarte gaten.

Deelnemen aan de zoektocht zal Maagd zijn, de in Europa gevestigde zwaartekrachtgolfdetector, gevestigd in het European Gravitational Observatory (EGO) in Italië, die sinds de laatste run bijna zijn gevoeligheid heeft verdubbeld en ook op 1 april van start gaat.

"Voor deze derde observatierun, we bereikten aanzienlijk grotere verbeteringen in de gevoeligheid van de detectoren dan bij de laatste run, " zegt Peter Fritschel, LIGO's hoofddetectorwetenschapper bij MIT. "En terwijl LIGO en Maagd het komende jaar samen observeren, we zullen zeker nog veel meer zwaartekrachtsgolven detecteren van de soorten bronnen die we tot nu toe hebben gezien. We zijn ook benieuwd naar nieuwe evenementen, zoals een samensmelting van een zwart gat en een neutronenster."

in 2015, nadat LIGO voor het eerst begon te observeren in een geüpgraded programma genaamd Advanced LIGO, het schreef al snel geschiedenis door de eerste directe detectie van zwaartekrachtsgolven te maken. De rimpelingen reisden naar de aarde vanuit een paar botsende zwarte gaten op 1,3 miljard lichtjaar afstand. Voor deze ontdekking drie van LIGO's belangrijkste spelers - Caltech's Barry C. Barish, de Ronald en Maxine Linde hoogleraar natuurkunde, Emeritus, en Kip S. Thorne, de Richard P. Feynman hoogleraar theoretische fysica, Emeritus, samen met MIT's Rainer Weiss, hoogleraar natuurkunde, emeritus-werden bekroond met de Nobelprijs voor de Natuurkunde 2017.

Vanaf dat moment, het LIGO-Virgo-detectornetwerk heeft negen extra fusies van zwarte gaten en één explosieve smash-up van twee neutronensterren ontdekt. dat evenement, genaamd GW170817, genereerde niet alleen zwaartekrachtsgolven, maar ook licht, die werd waargenomen door tientallen telescopen in de ruimte en op de grond.

"Nu onze drie detectoren operationeel zijn met een aanzienlijk verbeterde gevoeligheid, het wereldwijde LIGO-Virgo-detectornetwerk zal een nauwkeurigere triangulatie van de bronnen van zwaartekrachtsgolven mogelijk maken, " zegt Jo van den Brand van Nikhef (Rijksinstituut voor Subatomaire Fysica) en Vrije Universiteit Amsterdam, wie is de woordvoerder van de Maagd-samenwerking. "Dit zal een belangrijke stap zijn in onze zoektocht naar multi-messenger-astronomie."

Nutsvoorzieningen, met de start van de volgende gezamenlijke LIGO-Virgo run, de observatoria staan ​​klaar om een ​​nog groter aantal samensmeltingen van zwarte gaten en andere extreme gebeurtenissen te detecteren, zoals extra fusies tussen neutronen en neutronensterren of een nog te zien fusie tussen zwart gat en neutronensterren. Een van de meetgegevens die het team gebruikt om de toename van de gevoeligheid te meten, is om te berekenen hoe ver ze neutronen-neutronensterrenfusies kunnen detecteren. In de volgende loop, LIGO zal die gebeurtenissen kunnen zien op een afstand van gemiddeld 550 miljoen lichtjaar, of meer dan 190 miljoen lichtjaar verder weg dan voorheen.

Een sleutel tot het bereiken van deze gevoeligheid zijn lasers. Elke LIGO-installatie bestaat uit twee lange armen die een L-vormige interferometer vormen. Laserstralen worden vanuit de hoek van de "L" geschoten en weerkaatst tegen spiegels voordat ze terug langs de armen reizen en opnieuw combineren. Als zwaartekrachtgolven voorbij komen, ze rekken en persen de ruimte zelf uit, waardoor onmerkbaar kleine veranderingen worden aangebracht in de afstand die de laserstralen afleggen en daardoor de manier waarop ze recombineren beïnvloeden. Voor deze volgende run, het laservermogen is verdubbeld om deze afstandsveranderingen nauwkeuriger te meten, waardoor de gevoeligheid van de detectoren voor zwaartekrachtsgolven toeneemt.

Er zijn op beide locaties andere upgrades gedaan aan de mirrors van LIGO, met in totaal vijf van de acht spiegels die worden verwisseld voor beter presterende versies.

"We moesten de vezels breken die de spiegels vasthouden en heel voorzichtig de optiek eruit halen en vervangen. " zegt Calum Torrie, LIGO's hoofd mechanisch-optische engineering bij Caltech. "Het was een enorme technische onderneming."

Deze volgende run bevat ook upgrades die zijn ontworpen om de niveaus van kwantumruis te verminderen. Kwantumruis ontstaat door willekeurige schommelingen van fotonen, wat tot onzekerheid in de metingen kan leiden en zwakke signalen van zwaartekrachtgolven kan maskeren. Door gebruik te maken van een techniek genaamd "knijpen, " aanvankelijk ontwikkeld voor zwaartekrachtgolfdetectoren aan de Australian National University, en gerijpt en routinematig gebruikt sinds 2010 bij de GEO600-detector, onderzoekers kunnen de onzekerheid in de fotonen verschuiven, waardoor hun amplitudes minder zeker en hun fasen, of timing, zekerder. De timing van fotonen is cruciaal voor het vermogen van LIGO om zwaartekrachtsgolven te detecteren.

Torrie zegt dat het LIGO-team maanden heeft besteed aan de inbedrijfstelling van al deze nieuwe systemen, ervoor zorgen dat alles is uitgelijnd en correct werkt. "Een van de dingen die ons, ingenieurs, voldoening schenken, is de wetenschap dat al onze upgrades betekenen dat LIGO nu verder de ruimte in kan kijken om de meest extreme gebeurtenissen in ons universum te vinden."