LIGO

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) je vědecké zařízení v USA, které 14. září 2015 jako první přímo detekovalo gravitační vlny. Bylo postaveno v roce 2002. Pracuje na principu porovnávání dvou identických laserových paprsků v interferometru. Jeho vylepšená verze dokončená v roce 2015 je označována jako aLIGO (Advanced LIGO).

LIGO
Severní rameno zařízení LIGO ve státě Washington
Alternativní názvy	LIGO
Organizace	LIGO Scientific Collaboration
Místo	Washington, Livingston a Hanford
Stát	Spojené státy americké
Souřadnice	46°27′18,5″ s. š., 119°24′27,6″ z. d.
První světlo	23. srpna 2002
Webová stránka	https://www.ligo.caltech.edu/
Commons	LIGO
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Charakteristika

Projekt LIGO sestává ze dvou stejných detektorů nacházejících se v amerických státech Washington a Louisiana. Jejich velká vzdálenost (3 000 km) zabraňuje tomu, aby byly rušeny stejným šumem okolí, například zemětřesením.^[1]

Dioda, která zaznamenala první gravitační vlny

Každý detektor je tvořen dvěma rameny o délce 4 km svírajícími pravý úhel. V nich jsou ve vakuu vyslány dva identické laserové paprsky,^[2] které se na konci ramen odrazí od zrcadel a v místě styku se v interferometru porovnají. V nerušeném prostoru by měly být jejich dráhy ideálně stejné a paprsky by tedy měly dorazit ve stejné fázi.^[3] Pokud však zařízením projde gravitační vlna, délky ramen se nepatrně změní a paprsky se potkají fázově posunuté. Výsledný paprsek by tak měl mít jinou intenzitu než ve stavu bez gravitačních vln.

Zařízení je po modernizaci schopné změřit změnu vzdáleností s přesností 10⁻¹⁸ metru (tedy přibližně tisíckrát menší, než je velikost protonu nebo neutronu).^[3] Aby bylo možné detekovat gravitační vlny, musí být zařízení schopno eliminovat rušení, která mohou způsobovat mnohem větší změny rozměrů jednotlivých ramen, především různé otřesy a vibrace.

Zjednodušené schéma zařízení

Na výzkumu pomocí detektoru LIGO spolupracují vědci z mnoha univerzit jako MIT nebo Caltech. Projekt financovala nadace National Science Foundation. Byl vybudován za sumu 620 milionů amerických dolarů, čímž se jedná o nejnákladnější projekt této nadace.

Pozorování

Během pozorování v letech 2002 až 2010 nebylo prokázáno, že by byly gravitační vlny detekovány. Poté byly detektory nahrazeny vylepšenými, třikrát citlivějšími (vyměněny byly lasery i zrcadla).^[4]. Zařízení bylo pod označením Advanced LIGO spuštěno v září 2015.^[4] Přibližně do roku 2021 by se měla citlivost přístroje zvýšit ještě o jeden řád a měl by podle teoretických předpovědí zachytit až několik desítek událostí ročně.^[4]

Schematické znázornění detektoru a záznamu měření

V únoru 2016 bylo oznámeno, že zařízení gravitační vlny zaznamenalo.^[3] Stalo se tak 14. září 2015 (GW150914), v době, kdy byl experiment ve fázi posledních zkoušek (oficiálně sběr vědeckých dat začal až o tři dny později).^[3] Zachycené gravitační vlny vznikly při srážce dvou černých děr, jejichž hmotnost se pohybovala kolem 30 a 35 Sluncí.

V době prvního běhu detektoru aLIGO (září 2015 až leden 2016) byly detekovány ještě další tři události.^[5] V červnu 2016 byla publikována analýza pozorování události z 26. prosince 2015 (GW151226), při které splynuly černé díry o hmotnostech 14,2 a 7,5 Sluncí.^[6] V červnu 2017 byla oznámena třetí detekce z ledna 2017 (GW170104).^[7]

Spolupráce

Detektory Ligo úzce spolupracují s obdobným evropským detektorem Virgo, protože jen kombinací všech tří měření je možné určit místo na obloze, odkud gravitační vlny přišly.^[8] Prvním jejich společným záznamem byly 14. srpna 2017 vlny označované jako GW170814, které byly vyprodukovány srážkou dvou černých děr. O tři dny později následovala známější detekce GW170817, při níž byly poprvé zaznamenány vlny způsobené srážkou dvou neutronových hvězd – jevem označovaným jako kilonova.^[9]

Budoucnost

Je navržena třetí generace gravitačního detektoru nazvaná Cosmic Explorer. Délka ramen by měla mít 40 km.