احتمالا تا به حال درباره‌ی امواج گرانشی و تلاش برای آشکارسازی آن‌ها شنیده‌اید. پروژه‌ی LIGO که تقریبا ۱۵ سال پیش آغاز به کار کرد، جمعه‌ی گذشته (۱۸ سپتامبر ۲۰۱۵) بعد از حدود ۵ سال توقف برای توسعهی رصدخانه، شروع به کار مجدد کرد. به این پروژه‌ی جدید، Advanced LIGO گفته می‌شود و حساسیت آن قرار است تا ده برابر حساسیت LIGO افزایش یابد. این بدین معنی است که امواج گرانشی از عالم دوردست تا حدود ۳۰۰ میلیون سال نوری قابل مشاهده خواهد بود.
شکل ۱. وقتی اجسام متحرک مانند دو سیاهچاله و یا دو ستاره‌ی نوترونی، فضا-زمان دورشان را ناهمگون میکنند، امواجی شبیه امواج شکل‌گرفته در آب ایجاد میکنند که به آن‌ها امواج گرانشی گفته می‌شود. Image from Nature news
براساس نظریه‌ی نسبیت عام، گرانش در کنش و واکنش اجسام پرجرم و در خمیدگی فضا-زمان به وجود می‌آید. انیشتین در اوایل قرن بیستم پیش‌بینی کرد که اجسامی که در حال شتاب‌گیری هستند مانند برخورد ستاره‌های نوترونی یا سیاهچاله‌ها، ساختار فضا-زمان را تغییر داده و امواج گرانشی تولید میکنند که به صورت حلقه‌های مواج (مانند موجی که در اثر برخورد یک تکه سنگ با آب ساکن به وجود می‌آید) در عالم گسترده می‌شوند (شکل ۱).
شکل ۲. در تداخل‌سنج رصدخانه، پرتو لیزر در دو بازوی عمود برهم گذر می‌کند و توسط آینه‌ها منعکس می‌شود. Image from Nature news
آشکارسازهای LIGO طوری طراحی شده‌اند که این تغییرشکل فضا-زمان را اندازه‌گیری کنند. این آشکارسازها درواقع تداخل‌سنج‌هایی (تداخل‌سنج مایکلسون) هستند که دو بازوی ۴ کیلومتری دارند و در انتهای بازوها، آینه‌هایی کار گذاشته شده است که نور لیزر به آن‌ها برخورد کرده و با همدیگر تداخل میکنند (شکل ۲). از طریق اندازه‌گیری تغییر طول پرتوهای لیزر می‌توان به تغییر شکل فضا-زمان پی برد و امواج گرانشی را رصد کرد. LIGO می‌تواند با حساسیت یک در ۱۰۲۲ تغییرات طول را اندازه‌گیری کند (شکل ۳).
شکل ۳. وقتی امواج گرانشی وارد آشکارساز شود، نور لیزر در بازوی تداخل‌سنج همدیگر را از بین نبرده و تغییر طولی ایجاد می‌کند که قابل اندازه‌گیری است. Image from Nature news
رصدخانه‌ی LIGO از دو بخش تشکیل شده است که در دو ایالت واشنگتن و لوییزیانا واقعند (شکل ۴ و ۵). در هرکدام از این سایت‌ها، نویزهای زیادی وجود دارند که ناشی از زندگی روزمره‌ی آدم‌ها، اعم از رانندگی، کشاورزی و یا ساخت‌وساز می‌شود. این نوسانات در آشکارسازها ثبت و به دقت شناسایی می‌شوند تا حتی‌الامکان از سیگنال‌های امواج گرانشی ساطع‌شده از منابع اخترفیزیکی تمییز داده شوند. خوشبختانه، فعالیت هم‌زمان این دو رصدخانه تا حد بسیار خوبی این نویزها را کاهش می‌دهد به این معنی که اگر یک موج گرانشی به زمین برسد، در هردوی این رصدخانه‌ها به طور هم‌زمان آشکار خواهد شد.
شکل ۴. رصدخانه‌ی LIGO در ایالت Louisiana.
رصدخانه‌ی Advanced LIGO که از جمعه شروع به کار کرده است، سه برابر حساس‌تر از LIGO است و به مدت سه ماه، به داده‌گیری مشغول خواهد بود و بعد برای توسعهی ثانویه متوقف خواهد شد. پس از آن، انتظار می‌رود که حساسیت آن تا ۱۰ برابر افزایش پیدا کند، به این معنی که حجم عالم قابل مشاهده، هزار برابر بزرگ‌تر خواهد شد. سال آینده، پروژه‌ی Advanced Virgo نیز در ایتالیا مشغول به کار خواهد شد که امکان کشف و مطالعه‌ی امواج گرانشی را بالاتر می‌برد. تیم LIGO-Virgo به مطالعه‌ی امواج گرانشی از ستاره‌های نوترونی دوتایی می‌پردازند. تخمین اولیه‌ی بررسی‌ها نشان می‌دهد که امواج گرانشی حدود ۱۰ سیستم دوتایی در سال مشاهده شوند.
شکل ۵. رصدخانه‌ی LIGO در ایالت Washington.
سه تصویر اول این مقاله از لینک خبر برداشته شده است.
لینک خبر: http://www.nature.com/news/hunt-for-gravitational-waves-to-resume-after-massive-upgrade-1.18359
لینک مقاله‌‌ی اصلی: http://arxiv.org/pdf/1411.4547v1.pdf
عنوان اصلی مقاله: Advanced LIGO
نویسندگان: LIGO Collaboration
گردآوری: آزاده کیوانی
بسیار بسیار عالی … این مقاله شما خبر خوبی داده پیرامون آغاز بکار مجدد پروژه LIGO.
سلام، خیلی ممنون از شما که مطالب ما را دنبال می‌کنید.
سلام و با تشکر از مطالب خوبتون. یک سوالی برای من پیش اومد ؛ اون طور که من فهمیدم امواج گرانشی موجهایی در ساختار فضا-زمان ایجاد میکنند، بنابراین یک راه دیگه برای شناسایی امواج گرانشی میتونه استفاده از ساعتهای فوق العاده دقیق باشه، به طوری که اگر در گذر زمان تداخلی به وجود اومد ، بشه اون رو شناسایی و به امواج گرانشی ربط داد، و حتی شاید نویز پذیری کمتری داشته باشه. آیا اصولا این تصور من درست هست و آیا شدنی هست؟ و اگر هست چرا از سنجش زمان به جای مکان استفاده نکرده اند؟
سلام، بابت تاخیر در پاسخگویی از شما عذرخواهی می‌کنم.
در واقع عملکرد LIGO ترکیبی از اندازه‌گیری دقیق مکان و زمان است. LIGO امواج ایجادشده در فضا-زمان را با تداخل‌سنج لیزری آشکار می‌کند به این طریق که زمانی که این امواج بین دو آینه‌ی معلق تداخل‌سنج حرکت میکنند با نوز لیزر بسیاردقیقی اندازه‌گیری می‌شود. در شکل ۲ می‌بینید که در هر بازوی عمود بر هم دو آینه در فاصله‌ی ۴ کیلومتری از هم کار گذاشته شده‌اند. نور لیزر وارد سیستم می‌شود و از یک beam splitter که در نقطه‌ی تماس دو بازو قرار داده شده و نور رو بین دو بازو تقسیم می‌کند، عبور می‌کند. نور می‌تواند تا قبل از اینکه به beam splitter برگردد بین دو آینه متناوبا بازتاب بشود. اگر هر دو بازو طول دقیقا مساوی داشته باشند، تداخل بین پرتوهای نور تمام نور اولیه رو به لیزر برمی‌گردانند. اما اگر حتی تفاوت خیلی کوچکی بین طول دو بازو اتفاق بیفتد، مقداری از نور به سمت آشکارساز نور می‌رود که در شکل می‌بینید. این تفاوت طول زمانی اتفاق می‌افتد که امواج گرانشی از آشکارساز عبور کنند. این آشکارساز نور، مقدار نوری که در طول زمان دریافت می‌کند را به شکل سیگنال گزارش می‌دهد.
با اظهار خوشحالی برای موفقیت شما خانم آزاده کیوانی ممنون می شوم اگر نقش هریک از دو آینه بازو ها را مشخصا توضیح دهید موفق باشید امیر
آینه‌ها در واقع فوتون‌های لیزری که به آن‌ها تابونده می‌شن رو بازمی‌گردونن. اگر طول بازوها متفاوت باشند، زمان متفاوتی در هر بازو طی می‌شه و بعد از اینکه پرتو لیزر به نقطه‌ی اولیه برمی‌گرده، با پرتو لیزر از بازوی دیگه تداخل می‌کنه و طرح تداخلی متفاوتی ایجاد می‌کنه که از روی این طرح، تفاوت طول بازوها و درنتیجه حضور امواج گرانشی رو اندازه می‌گیریم.
درود برشما که باعث افتخارید
خیلی ممنون از نظر لطفتون.