Zoeken naar zwaartekrachtgolven die na COVID-19-tegenslagen worden hervat

Zoeken naar zwaartekrachtgolven die na COVID-19-tegenslagen worden hervat

Tijdstempel: 27 januari 2023 6:20 uur

De Virgo-zwaartekrachtgolfdetector in Italië
Back-up en operationeel: de Virgo-zwaartekrachtgolfdetector in Italië (met dank aan de Virgo-samenwerking/CCO 1.0)

Dat heeft de samenwerking LIGO-Virgo-KAGRA bekendgemaakt de zoektocht naar zwaartekrachtgolven zal worden hervat in mei. De volgende observatieronde – de vierde van het project – zou vorig jaar van start gaan, maar werd uitgesteld vanwege een reeks technische vertragingen als gevolg van de COVID-19-pandemie. De run zal de langste tot nu toe zijn en zal 18 maanden duren.

Zwaartekrachtgolfdetectoren zijn L-vormige interferometers met armen van enkele kilometers lang. Laserstralen worden door elke arm gestuurd en weerkaatsen vervolgens op spiegels, de zogenaamde testmassa's. De bundels worden vervolgens opnieuw gecombineerd in het midden van de interferometer, waardoor een interferentiepatroon ontstaat dat wordt opgeheven als het perfect is uitgelijnd. De instrumenten zijn dus gevoelig voor minieme lengteveranderingen veroorzaakt door passerende zwaartekrachtgolven.

LIGO is een groot succes geweest, het spotten van zijn eerste zwaartekrachtgolf in 2016 door een fusie van binaire zwarte gaten. Sindsdien zijn er nog eens 92 detecties gedaan gedurende drie observatieruns. Observatierun 3 zou twaalf maanden duren tot eind april 12, maar eindigde op 2020 maart 27 toen de pandemie uitbrak.

De LIGO- en Virgo-detectoren ondergingen vervolgens een reeks gevoeligheidsverbeteringen, waaronder manieren om ‘kwantumruis’ in de detector te onderdrukken. “[Dit] beperkt de gevoeligheid van de zwaartekrachtgolfdetectoren, zowel bij lage frequentie, in de vorm van stralingsdrukruis, als bij hoge frequentie, in de vorm van fotonentelruis”, zegt Alessandro Bertolini van het Nikhef-instituut in Amsterdam, dat zich bezighoudt met detectorontwikkeling.

Verwacht wordt dat de upgrades de gevoeligheid van de detectoren zullen verdubbelen fusie van neutronensterrenS. Terwijl tijdens de vorige waarnemingsrun zwaartekrachtsgolven bijna elke week werden gedetecteerd, zouden dergelijke gebeurtenissen nu elke dag moeten worden waargenomen.

Drie is een menigte

Naast Virgo en LIGO zal ook de Japanse KAGRA-detector deelnemen aan de komende run. KAGRA, dat zich onder een berg in centraal Japan bevindt, werd operationeel in 2019 en sloot zich in februari 2020 aan bij de vorige run, voordat deze vanwege de pandemie werd afgebroken.

Hoewel KAGRA's momenteel slechter zijn dan Virgo en LIGO in het detecteren van zwaartekrachtgolven, zal de gevoeligheid ervan binnenkort ook verbeteren dankzij detectorupgrades. KAGRA zal de komende periode een maand actief zijn voordat het wordt stilgelegd vanwege verbeteringen. Gehoopt wordt dat KAGRA volgend jaar opnieuw zal deelnemen aan de observaties voor ten minste drie maanden.

“We hopen onze eerste detectie tegen het einde van de komende run te realiseren”, zegt KAGRA-woordvoerder Jun’ichi Yokoyama van de Universiteit van Tokio verteld Natuurkunde wereld. “Hoeveel onze deelname zal bijdragen aan de wetenschap die door het hele netwerk wordt verkregen, hangt van cruciaal belang af van de gevoeligheid die we aan het einde van de run zullen bereiken, wat op dit moment moeilijk te beantwoorden is.”

Na de vierde run zullen de LIGO- en Virgo-detectoren naar verwachting verdere upgrades ondergaan, met name wat betreft de coatings die op de spiegels worden gebruikt. “De nieuwe coatings bevinden zich momenteel nog in een ontwikkelingsfase”, zegt Bertolini. “[De komende] run zal het mogelijk maken de wetenschappelijke output te vergroten terwijl het coatingontwerp wordt afgerond en de nieuwe testmassa’s worden voorbereid voor de volgende run.” De nieuwe coating zal naar verwachting klaar zijn voor de vijfde observatierun, die in 2026 begint.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld