GEO600 - GEO600

GEO600
2015 GEO 600.jpg
Ubicación (es) Sarstedt , Hildesheim , Baja Sajonia , Alemania
Coordenadas 52 ° 14′49 ″ N 9 ° 48′30 ″ E / 52.2469 ° N 9.8083 ° E / 52.2469; 9.8083 Coordenadas: 52 ° 14′49 ″ N 9 ° 48′30 ″ E / 52.2469 ° N 9.8083 ° E / 52.2469; 9.8083 Edita esto en Wikidata
Organización Colaboración científica LIGO Edita esto en Wikidata
Longitud de onda 43 km (7,0 kHz) -10.000 km (30 Hz)
Construido Septiembre '' 1995– ( Septiembre '' 1995– ) Edita esto en Wikidata
Estilo telescopio Observatorio de ondas gravitacionales
Interferómetro de Michelson Edita esto en Wikidata
Diámetro 600 m (1.968 pies 6 pulgadas) Edita esto en Wikidata
Sitio web www .geo600 .org Edita esto en Wikidata
GEO600 se encuentra en Alemania
GEO600
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GEO600 es un detector de ondas gravitacionales ubicado cerca de Sarstedt al sur de Hannover , Alemania. Está diseñado y operado por científicos del Instituto Max Planck de Física Gravitacional , el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y la Leibniz Universität Hannover , junto con la Universidad de Glasgow , la Universidad de Birmingham y la Universidad de Cardiff en el Reino Unido, y está financiado por el Sociedad Max Planck y el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (STFC). GEO600 es capaz de detectar ondas gravitacionales en el rango de frecuencia de 50 Hz a 1,5 kHz y es parte de una red mundial de detectores de ondas gravitacionales. Este instrumento y sus detectores interferométricos hermanos, cuando están operativos, son algunos de los detectores de ondas gravitacionales más sensibles jamás diseñados. Están diseñados para detectar cambios relativos en la distancia del orden de 10-21 , aproximadamente el tamaño de un solo átomo en comparación con la distancia del Sol a la Tierra. La construcción del proyecto comenzó en 1995.

Historia

En la década de 1970, dos grupos en Europa, uno dirigido por Heinz Billing en Alemania y otro dirigido por Ronald Drever en el Reino Unido, iniciaron investigaciones sobre la detección de ondas gravitacionales por interferometría láser. En 1975, el Instituto Max Planck de Astrofísica en Munich comenzó con un prototipo de 3 m de longitud de brazo, que más tarde (1983), en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ) en Garching, dio lugar a un prototipo con 30 m de longitud de brazo. En 1977, el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Glasgow inició investigaciones similares y en 1980 inició la operación de un prototipo de 10 m.

En 1985, el grupo Garching propuso la construcción de un gran detector con 3 km (2 millas) de longitud de brazo, el grupo británico un proyecto equivalente en 1986. Los dos grupos combinaron sus esfuerzos en 1989 - nació el proyecto GEO, con las montañas de Harz ( Norte de Alemania) considerado un sitio ideal. Sin embargo, el proyecto no fue financiado debido a problemas financieros. Así, en 1994 se propuso un detector más pequeño: GEO600, que se construiría en las tierras bajas cercanas a Hannover, con brazos de 600 m de longitud. La construcción de este detector de ondas gravitacionales británico-alemán comenzó en septiembre de 1995.

En 2001, el Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein, AEI) en Potsdam se hizo cargo de la sucursal de Hannover del MPQ, y desde 2002 el detector es operado por un Centro conjunto de Física Gravitacional de AEI y Leibniz Universität Hannover, junto con las universidades de Glasgow y Cardiff. Desde 2002, GEO600 participó en varios análisis de datos en coincidencia con los detectores LIGO. En 2006, GEO600 alcanzó la sensibilidad de diseño, pero hasta ahora no se ha detectado ninguna señal. El próximo objetivo es reducir el ruido restante en otro factor de aproximadamente 10, hasta 2016.

Hardware

GEO600 es un interferómetro de Michelson . Consta de dos brazos de 600 metros de largo, por los que el rayo láser pasa dos veces, de modo que la longitud efectiva del brazo óptico es de 1200 m. Los principales componentes ópticos están ubicados en un sistema de vacío ultra alto. La presión está en el rango de 10 −8 mbar.

Suspensiones y aislamiento sísmico

Para obtener mediciones precisas, la óptica debe estar aislada del movimiento del suelo y otras influencias del entorno. Por esta razón, todos los detectores de ondas gravitacionales interferométricas terrestres suspenden sus espejos como péndulos de múltiples etapas. Para frecuencias por encima de la frecuencia de resonancia del péndulo, los péndulos proporcionan un buen aislamiento frente a las vibraciones. Todas las ópticas principales del GEO600 están suspendidas como péndulos triples, para aislar los espejos de las vibraciones en el plano horizontal. La masa superior e intermedia se cuelgan de resortes en voladizo, que proporcionan aislamiento contra el movimiento vertical. En la masa superior hay seis actuadores de bobina magnética que se utilizan para amortiguar activamente los péndulos. Además, toda la jaula de suspensión se asienta sobre cristales piezoeléctricos. Los cristales se utilizan para un "sistema de aislamiento sísmico activo". Mueve toda la suspensión en la dirección opuesta al movimiento del suelo, de modo que se cancela el movimiento del suelo.

Óptica

Los espejos principales del GEO600 son cilindros de sílice fundida con un diámetro de 18 cm y una altura de 10 cm. El divisor de haz (con dimensiones de 26 cm de diámetro y 8 cm de espesor) es la única pieza de óptica transmisiva en la trayectoria de alta potencia, por lo tanto, se fabricó con sílice fundida de grado especial. Se ha medido que su absorción es inferior a 0,25 ppm / cm.

Avanzado

GEO600 utiliza muchas técnicas y hardware avanzados que están planificados para ser utilizados en la próxima generación de detectores de ondas gravitacionales terrestres:

  • Suspensiones monolíticas: Los espejos están suspendidos como péndulos. Mientras que los alambres de acero se utilizan para los espejos secundarios, los espejos principales de GEO cuelgan de las llamadas suspensiones "monolíticas". Esto significa que los cables están hechos del mismo material que el espejo: sílice fundida. La razón es que la sílice fundida tiene menos pérdidas mecánicas y las pérdidas provocan ruido.
  • Accionamientos electrostáticos: se necesitan actuadores para mantener los espejos en su posición y alinearlos. Los espejos secundarios de GEO600 tienen imanes pegados a ellos para este propósito. Luego se pueden mover mediante bobinas. Dado que pegar imanes a los espejos aumentará las pérdidas mecánicas, los espejos principales de GEO600 utilizan accionamientos electrostáticos (ESD). Los ESD son una estructura de electrodos en forma de peine en la parte posterior del espejo. Si se aplica un voltaje a los electrodos, estos producen un campo eléctrico no homogéneo. El espejo sentirá una fuerza en este campo.
  • Sistema de actuación del espejo térmico: un sistema de calentadores se encuentra en el espejo del lejano oriente. Cuando se calienta, aparecerá un gradiente térmico en el espejo y el radio de curvatura del espejo cambia debido a la expansión térmica. Los calentadores permiten el ajuste térmico del radio de curvatura del espejo.
  • Reciclaje de señales: un espejo adicional a la salida del interferómetro forma una cavidad resonante junto con los espejos finales y, por lo tanto, aumenta la señal potencial.
  • Detección homodina (también llamada 'lectura de CC')
  • Limpiador de modo de salida (OMC): una cavidad adicional en la salida del interferómetro frente al fotodiodo. Su propósito es filtrar la luz que potencialmente no transporta una señal de onda gravitacional.
  • Exprimiendo : Se inyecta vacío comprimido en el puerto oscuro del divisor de haz. El uso de compresión puede mejorar la sensibilidad de GEO600 por encima de 700 Hz en un factor de 1,5.

Otra diferencia con otros proyectos es que GEO600 no tiene cavidades en los brazos.

Sensibilidad y medidas

La sensibilidad a la deformación de las ondas gravitacionales se mide generalmente en densidad espectral de amplitud (ASD). La sensibilidad máxima de GEO600 en esta unidad es 2 × 10 −22 1 / √ Hz a 600 Hz. A altas frecuencias, la sensibilidad está limitada por la potencia láser disponible. En el extremo de baja frecuencia, la sensibilidad de GEO600 está limitada por el movimiento sísmico del suelo.

Carrera científica conjunta con LIGO

En noviembre de 2005, se anunció que los instrumentos LIGO y GEO comenzaron una carrera científica conjunta extendida . Los tres instrumentos (los instrumentos de LIGO se encuentran cerca de Livingston , Louisiana y en Hanford Site , Washington en los EE. UU.) Recopilaron datos durante más de un año, con pausas para afinar y actualizar. Esta fue la quinta prueba científica de GEO600. No se detectaron señales en ejecuciones anteriores.

La primera observación de ondas gravitacionales el 14 de septiembre de 2015 fue anunciada por las colaboraciones del interferómetro LIGO y Virgo el 11 de febrero de 2016. Sin embargo, el interferómetro Virgo en Italia no estaba funcionando en ese momento, y el GEO600 estaba en modo de ingeniería y no es lo suficientemente sensible. , por lo que no pudo confirmar la señal. El GEO600 comenzó a tomar datos simultáneamente con Advanced LIGO el 18 de septiembre de 2015.

Reclamaciones sobre las propiedades holográficas del espacio-tiempo

El 15 de enero de 2009, se informó en New Scientist que algo de ruido aún no identificado que estaba presente en las mediciones del detector GEO600 podría deberse a que el instrumento es sensible a fluctuaciones cuánticas extremadamente pequeñas del espacio-tiempo que afectan las posiciones de las partes del detector. Esta afirmación fue hecha por Craig Hogan , un científico de Fermilab , sobre la base de su propia teoría de cómo deben ocurrir tales fluctuaciones motivadas por el principio holográfico .

La historia de New Scientist afirma que Hogan envió su predicción de "ruido holográfico" a la colaboración GEO600 en junio de 2008, y posteriormente recibió un gráfico del exceso de ruido que "se veía exactamente igual a mi predicción". Sin embargo, Hogan sabía antes de ese momento que el experimento estaba encontrando un exceso de ruido. El artículo de Hogan publicado en Physical Review D en mayo de 2008 afirma: "La concordancia aproximada del ruido holográfico predicho con el ruido inexplicable en GEO600 motiva más estudios". Hogan cita una charla de 2007 de la colaboración GEO600 que ya menciona "ruido 'misterioso' de banda media", y donde se trazan los espectros de ruido. Se hizo una observación similar ("En la región entre 100 Hz y 500 Hz se encuentra una discrepancia entre la suma no correlacionada de todas las proyecciones de ruido y la sensibilidad observada real") en un documento GEO600 presentado en octubre de 2007 y publicado en mayo de 2008.

Es muy común que los detectores de ondas gravitacionales encuentren un exceso de ruido que posteriormente se elimina. Según Karsten Danzmann, el investigador principal de GEO600, "La tarea diaria de mejorar la sensibilidad de estos experimentos siempre genera un exceso de ruido (...). Trabajamos para identificar su causa, eliminarla y abordar la próxima fuente de exceso de ruido ". Además, algunas nuevas estimaciones del nivel de ruido holográfico en la interferometría muestran que debe ser mucho menor en magnitud de lo que afirmó Hogan.

Datos / Einstein @ home

No solo se registra la salida del fotodiodo principal, sino también la salida de varios sensores secundarios, por ejemplo, fotodiodos que miden rayos láser auxiliares, micrófonos, sismómetros, acelerómetros, magnetómetros y el rendimiento de todos los circuitos de control. Estos sensores secundarios son importantes para el diagnóstico y para detectar influencias ambientales en la salida del interferómetro. El flujo de datos es analizado en parte por el proyecto de computación distribuida ' Einstein @ home ', software que los voluntarios pueden ejecutar en su computadora.

Desde septiembre de 2011, los detectores VIRGO y LIGO se apagaron para realizar actualizaciones, dejando a GEO600 como el único interferómetro láser en funcionamiento a gran escala que busca ondas gravitacionales. Posteriormente, en septiembre de 2015, los detectores LIGO avanzados se conectaron y se utilizaron en la primera serie de observación 'O1' con una sensibilidad aproximadamente 4 veces mayor que la LIGO inicial para algunas clases de fuentes (p. Ej., Binarios de estrellas de neutrones), y mucho más. mayor sensibilidad para sistemas más grandes con su radiación máxima a frecuencias de audio más bajas. Estos detectores avanzados LIGO fueron desarrollados bajo la Colaboración Científica LIGO con Gabriela González como portavoz. Para 2019, la sensibilidad de los nuevos detectores LIGO avanzados debería ser al menos 10 veces mayor que la de los detectores LIGO originales.

Ver también

Referencias

enlaces externos

  • Página de inicio de GEO600 , el sitio web oficial del proyecto GEO600.
  • Cardiff Gravity Group , una página que describe la investigación en la Universidad de Cardiff en Gales , incluida la colaboración en el proyecto GEO 600, incluye una excelente lista de tutoriales sobre radiación de ondas gravitacionales.
  • Amós, Jonathan. Ciencia para montar ondas gravitacionales . 8 de noviembre de 2005. BBC News .
  • La Revista LIGO se publica dos veces al año por la Colaboración Científica de LIGO y detalla las últimas investigaciones, noticias y personalidades del diverso grupo de miembros. Está disponible en formato pdf como descarga gratuita desde este sitio web.