En gravitationsvågsdetektor ( gravitationsvågteleskop ) är en teknisk anordning utformad för att detektera gravitationsvågor . Enligt allmän relativitetsteori orsakar gravitationsvågor som genereras, till exempel som ett resultat av sammanslagning av två svarta hål någonstans i universum, en extremt svag periodisk förändring av avstånden mellan testpartiklar på grund av fluktuationer i själva rum-tiden. Dessa vibrationer hos testkroppar registreras av detektorn. Dessutom är sådana detektorer kapabla att mäta gravitationsstörningar av geofysisk natur [1] . Så , till exempel , moduleringar medsiderisk periodicitet [1] .
De vanligaste är två typer av gravitationsvågsdetektorer. En av typerna, som först implementerades av Joseph Weber ( University of Maryland ) 1967, är en gravitationsantenn - som regel är det ett massivt metallämne som kyls till en låg temperatur. Detektorns dimensioner ändras när en gravitationsvåg faller på den, och om vågens frekvens sammanfaller med antennens resonansfrekvens kan amplituden på antennsvängningarna bli så stor att svängningarna kan detekteras. I Webers banbrytande experiment var antennen en aluminiumcylinder 2 m lång och 1 m i diameter, upphängd i ståltrådar; antennens resonansfrekvens var 1660 Hz, amplitudkänsligheten för piezosensorerna var 10 −16 m. Weber använde två koincidensdetektorer och rapporterade detekteringen av en signal vars källa med största sannolikhet var galaxens centrum. Oberoende experiment bekräftade dock inte Webers observationer. Av de för närvarande fungerande detektorerna fungerar den sfäriska MiniGRAIL -antennen ( Leiden University , Holland), liksom ALLEGRO- , AURIGA- , EXPLORER- och NAUTILUS- antennerna enligt denna princip .
En annan typ av gravitationsvågdetekteringsexperiment mäter förändringen i avståndet mellan två testmassor med hjälp av en Michelson laserinterferometer . Användningen av Michelson-interferometern för direkt detektering av gravitationsvågor föreslogs först 1962 av de sovjetiska fysikerna M. E. Gertsenshtein och V. I. Pustovoit [2] , men detta arbete gick obemärkt förbi, och denna idé lades fram för andra gången av amerikanska fysiker i tidigt 1970-tal.
Enheten för den interferometriska detektorn är som följer: speglar är upphängda i två långa (flera hundra meter eller till och med kilometer långa) vakuumkammare vinkelräta mot varandra. Koherent ljus, som en laserstråle , delar sig, färdas genom båda kamerorna, studsar från speglar, återvänder och kombineras igen. I det "lugna" tillståndet väljs längderna så att dessa två strålar, efter att ha kombinerats i en halvtransparent spegel, upphäver varandra (destruktivt stör), och belysningen av fotodetektorn visar sig vara noll. Men förskjutningen av en av speglarna med ett mikroskopiskt avstånd (~ 10 −16 cm , vilket är 11 storleksordningar mindre än ljusets våglängd och uppgår till tusendelar av atomkärnan) leder till att kompensationen av de två strålarna bryts och fotodetektorn fångar ljuset.
För närvarande är gravitationsteleskop av denna typ i drift eller under uppbyggnad inom ramen för det amerikansk-australiska projektet LIGO (det mest känsliga), det tysk-engelska GEO600 , det fransk-italienska Jungfrun och det japanska KAGRA (LCGT):
| Projekt | Teleskopets plats | Axellängd |
|---|---|---|
| KAGRA | Tokyo , Japan | 3 km |
| GEO600 | Hannover , Tyskland | 0,6 km |
| JUNGFRUN | Pisa , Italien | 3 km |
| LIGO | Hanford, st. Washington , USA | 4 km |
| Livingston , st. Louisiana , USA | 4 km |
Mätdata från LIGO- och GEO600-detektorerna bearbetas med Einstein@Home- projektet (distribuerad beräkning på tusentals persondatorer).
De typer av detektorer som beskrivs ovan är känsliga för lågfrekventa gravitationsvågor (upp till 10 kHz). En ännu lägre frekvenssignal (10 −2 −10 −3 Hz), motsvarande periodiska källor för gravitationsvågor såsom nära binärer, kan ha detekterats [3] med en metod baserad på effekten av optisk-metrisk parametrisk resonans [4 ] . Experimentet använder observationer av kosmiska radiokällor ( masrar ) med ett konventionellt radioteleskop . Högfrekventa versioner av gravitationsvågsdetektorer utvecklas också, till exempel baserat på den ömsesidiga frekvensförskjutningen av två åtskilda oscillatorer eller på rotationen av polarisationsplanet för en mikrovågsstråle som cirkulerar i en slingvågledare .
En hypotes har lagts fram om möjligheten av processen att detektera högfrekventa gravitationsvågor av ett kondenserat dielektriskt medium genom att omvandla gravitationsstrålning till elektromagnetisk strålning [5]
En hypotes har framförts om möjligheten att detektera lågfrekvent gravitationsstrålning genom att använda block av jordskorpan med dimensioner 5-7 * 10 6 cm som gravitationsantenner [6]
| Gravitationsvågastronomi : detektorer och teleskop | ||
|---|---|---|
| Underjordisk interferometrisk (fungerande) |
| |
| Markinterferometrisk (fungerande) | ||
| Jorda andra (fungerande) | ||
| Mark (planerad) | ||
| Utrymme (planerat) | LISA | |
| historisk |
| |
| Dataanalys | einstein@home | |
| Signaler ( lista ) | ||