ГЛАЗАМИ VIRGO

Интерферометр VIRGO построен на аллювиальной равнине реки Арно неподалеку от Пизы. Создателей детектора это место привлекло низким уровнем микросейсмичности.

ОБРАЗЦОВЫЙ ПОИСК Чтобы обнаружить гравитационные сигналы, утопающие в шумах, ученым необходимо знать, что искать. Сигналы интерферометров будут сравниваться с так называемыми шаблонами – образцами гравитационных волн. Их получают при моделировании двойных черных дыр или нейтронных звезд, мчащихся по спирали навстречу друг другу. Таким образом, успех наблюдений во многом зависит от правильности математических моделей. К сожалению, массы и скорости объектов могут изменяться в широком диапазоне. Получается замкнутый круг: чтобы распознать сигнал, нужно обладать точным шаблоном, который можно получить лишь обнаружив искомый сигнал.

Астрофизики давно мечтают о возможности наблюдать гравитационные волны, источниками которых являются вспышки сверхновых и слияние черных дыр. Большие надежды возлагаются на километровые детекторы. В 2002 году начал работу самый большой из них – Лазерная интерферометрическая гравитационная обсерватория (LIGO) стоимостью $371 млн. А в июле 2003 года вступила в строй франко-итальянская установка VIRGO, которая уступает LIGO по размерам, но более удачно сконструирована и обошлась существенно дешевле – всего в $75 млн.

Оба детектора представляют собой интерферометр Майкельсона: лазерный луч поступает на светоделительную пластину и распространяется внутри двух перпендикулярных вакуумированых труб, оканчивающихся зеркалами. Отраженные лучи интерферируют таким образом, что световые волны гасят друг друга. Малейшее изменение времени прихода отраженного света (а значит, и его фазы) приводит к появлению слабенького луча, который регистрируется оптическим датчиком.

Плечи интерферометра LIGO протянулись на 4 км, а плечи VIRGO – на 3 км. В обоих случаях эффективная длина намного больше, так как каждый луч, переотражаясь, проходит трубу примерно 50 раз. При таких расстояниях изменение фазы лучей позволяет зарегистрировать искажение пространства на одну миллиардную долю от размера атома. Главная трудность – повысить чувствительность детекторов: вибрация зеркал мешает различать слабые сигналы.

Для интерферометра LIGO самой большой проблемой стала сейсмичность, резко снижающая чувствительность прибора в области частот ниже 60 Гц. Именно в этом диапазоне астрофизики ожидают обнаружить наиболее мощные гравитационные сигналы.

Все оптические компоненты интерферометра VIRGO снабжены сейсмическими изоляторами. Каждый «суператтенюатор» состоит из 6 наборов спаренных пружин и грузов, расположенных в 10-метровой башне. Маятники подавляют горизонтальные колебания, а комбинации пружин и грузов скрадывают вертикальные. Благодаря аттенюаторам, уменьшающим сейсмическую вибрацию в 10–12 раз, удается снизить предельную частоту детектора до 10 Гц.

Вторая неприятность – тепловой шум, особенно вызванный самими лазерными лучами, неравномерно нагревающими и деформирующими зеркала. Рассчитывая на дальнейшее увеличение мощности лазеров (для повышения чувствительности), конструкторы VIRGO решили использовать криогенные установки несмотря на то, что чрезмерное охлаждение приведет к увеличению мощности низкочастотных механических шумов. Cотрудники LIGO планируют ввести в эксплуатацию новое поколение детекторов с сейсмоизоляторами и терморегулированием. Зеркала будут не охлаждаться, а, наоборот, нагреваться по краям, чтобы компенсировать перегрев центральной части.

Первыми наблюдаемыми объектами скорее всего станут сливающиеся массивные черные дыры. Поскольку источники гравитационного излучения, как правило, не испускают свет, астрономы могут обнаружить совершенно новый класс объектов.

VIRGO дополняет мировое семейство малых гравитационных детекторов, таких как GEO в Германии и TAMA в Японии. Неопровержимым доказательством существования гравитационных волн станет одновременное обнаружение непредвиденного сигнала интерферометрами разных стран. И хотя сейчас сотрудничество разных обсерваторий носит неформальный характер, в будущем они будут функционировать как единый агрегат.

Оригинал - www.sciam.ru