En gravitationsbølgedetektor ( gravitationsbølgeteleskop ) er en teknisk enhed designet til at detektere gravitationsbølger . Ifølge den almene relativitetsteori forårsager gravitationsbølger genereret, for eksempel som et resultat af sammensmeltningen af to sorte huller et eller andet sted i universet, en ekstremt svag periodisk ændring i afstandene mellem testpartikler på grund af fluktuationer i selve rumtiden. Disse vibrationer af testlegemer registreres af detektoren. Desuden er sådanne detektorer i stand til at måle gravitationsforstyrrelser af geofysisk karakter [1] . Så for eksempel blev modulationer med siderisk periodicitet registreret på LIGO og VIRGO interferometre [1] .
De mest almindelige er to typer gravitationsbølgedetektorer. En af typerne, som først blev implementeret af Joseph Weber ( University of Maryland ) i 1967, er en gravitationsantenne - som regel er det et massivt metalemne, der er afkølet til en lav temperatur. Detektorens dimensioner ændrer sig, når en gravitationsbølge falder på den, og hvis bølgens frekvens falder sammen med antennens resonansfrekvens, kan amplituden af antenneoscillationerne blive så stor, at svingningerne kan detekteres. I Webers banebrydende eksperiment var antennen en aluminiumscylinder 2 m lang og 1 m i diameter, ophængt i ståltråde; antennens resonansfrekvens var 1660 Hz, piezosensorernes amplitudefølsomhed var 10 −16 m. Weber brugte to tilfældighedsdetektorer og rapporterede detekteringen af et signal, hvis kilde højst sandsynligt var Galaksens centrum. Uafhængige eksperimenter bekræftede dog ikke Webers observationer. Af de aktuelle detektorer fungerer den kugleformede MiniGRAIL- antenne ( Leiden University , Holland), samt ALLEGRO- , AURIGA- , EXPLORER- og NAUTILUS- antennerne efter dette princip .
En anden type gravitationsbølgedetektionseksperiment måler ændringen i afstand mellem to testmasser ved hjælp af et Michelson laserinterferometer . Brugen af Michelson-interferometeret til direkte detektion af gravitationsbølger blev først foreslået i 1962 af de sovjetiske fysikere M. E. Gertsenshtein og V. I. Pustovoit [2] , men dette arbejde gik ubemærket hen, og denne idé blev fremsat for anden gang af amerikanske fysikere i begyndelsen af 1970'erne.
Enheden til den interferometriske detektor er som følger: spejle er ophængt i to lange (flere hundrede meter eller endda kilometer lange) vakuumkamre vinkelret på hinanden. Sammenhængende lys, såsom en laserstråle , deler sig, bevæger sig gennem begge kameraer, hopper af spejle, vender tilbage og rekombinerer. I den "rolige" tilstand vælges længderne således, at disse to stråler, efter rekombination i et semitransparent spejl, ophæver hinanden (destruktivt forstyrrer), og belysningen af fotodetektoren viser sig at være nul. Men forskydningen af et af spejlene med en mikroskopisk afstand (~ 10 −16 cm , hvilket er 11 størrelsesordener mindre end lysets bølgelængde og svarer til tusindedele af atomkernens størrelse) fører til, at kompensationen af de to stråler brydes, og fotodetektoren fanger lyset.
I øjeblikket er gravitationsteleskoper af denne type i drift eller under konstruktion inden for rammerne af det amerikansk-australske projekt LIGO (det mest følsomme), det tysk-engelske GEO600 , det fransk-italienske VIRGO og det japanske KAGRA (LCGT):
| Projekt | Teleskopets placering | Skulder længde |
|---|---|---|
| KAGRA | Tokyo , Japan | 3 km |
| GEO600 | Hannover , Tyskland | 0,6 km |
| Jomfruen | Pisa , Italien | 3 km |
| LIGO | Hanford, stk. Washington , USA | 4 km |
| Livingston , stk. Louisiana , USA | 4 km |
Måledataene for LIGO- og GEO600-detektorerne behandles ved hjælp af Einstein@Home -projektet (distribueret databehandling på tusindvis af personlige computere).
De ovenfor beskrevne detektortyper er følsomme over for lavfrekvente gravitationsbølger (op til 10 kHz). Et endnu lavere frekvenssignal (10 −2 −10 −3 Hz), svarende til periodiske kilder til gravitationsbølger såsom tætte binære, kan være blevet detekteret [3] ved hjælp af en metode baseret på effekten af optisk-metrisk parametrisk resonans [4 ] . Forsøget bruger observationer af kosmiske radiokilder ( masere ) med et konventionelt radioteleskop . Højfrekvente versioner af gravitationsbølgedetektorer udvikles også, for eksempel baseret på den gensidige frekvensforskydning af to adskilte oscillatorer eller på drejningen af polarisationsplanet af en mikrobølgestråle , der cirkulerer i en loop- bølgeleder .
En hypotese er blevet fremsat om muligheden for processen med at detektere højfrekvente gravitationsbølger af et kondenseret dielektrisk medium ved at konvertere gravitationsstråling til elektromagnetisk stråling [5]
Der er fremsat en hypotese om muligheden for at detektere lavfrekvent gravitationsstråling ved at bruge blokke af jordskorpen med dimensioner på 5-7 * 10 6 cm som gravitationsantenner [6]
| Gravitationsbølgeastronomi : detektorer og teleskoper | ||
|---|---|---|
| Underjordisk interferometrisk (fungerende) |
| |
| Jordinterferometrisk (fungerende) | ||
| Jord andre (fungerende) | ||
| Jord (planlagt) | ||
| Plads (planlagt) | LISA | |
| historisk |
| |
| Dataanalyse | einstein@home | |
| Signaler ( liste ) | ||