Detektory fal grawitacyjnych przygotowują się do kolejnej kampanii obserwacyjnej

Konsorcjum LIGO-Virgo-KAGRA przygotowuje się do rozpoczęcia kolejnej kampanii obserwacyjnej. Po trzech latach prac nad poprawą czułości detektorów, kampania obserwacyjna O4 (Observing Run 4) ma rozpocząć się 24 maja 2023 r. Nadal prowadzone są prace nad zwiększeniem czułości detektorów, przy czym detektory LIGO po uruchomieniu przeszły do fazy inżynieryjnej (ER15 -Engineering Run), która ma się zakończyć przed rozpoczęciem O4. Detektor Virgo również dołączy do ER15, chociaż przez co najmniej połowę czasu w ciągu najbliższego miesiąca będzie kontynuowana działalność mająca na celu poprawę jego czułości. Detektor KAGRA nie będzie na razie dołączać do ER15, lecz aż do rozpoczęcia O4 kontynuowane będą prace nad zwiększeniem jego czułości.

Celem ER15 jest przetestowanie w czasie rzeczywistym zmodernizowanych instrumentów, zwłaszcza systemów wymaganych do obserwacji dokonywanych wspólnie przez kilka detektorów. Najnowsze znaczne ulepszenia instrumentów uczynią detektory LIGO i Virgo bardzo czułymi, a przez to zdolnymi do wykrywania  „słabszych” sygnałów fal grawitacyjnych niż w poprzedniej kampanii obserwacyjnej.  Dzięki temu będą mogły rejestrować większą liczbę zdarzeń niż kiedykolwiek wcześniej.

Podczas ER15 spodziewamy się detekcji  sygnałów fal grawitacyjnych; jeśli wystąpią wśród nich jakiekolwiek wyjątkowe zdarzenia*, informacja o nich zostanie udostępniona społeczności naukowej za pośrednictwem bazy Grace DB (Gravitational-Wave Candidate Event Database, https://gracedb.ligo.org) i systemu GCN (General Coordinates Network, https://gcn.nasa.gov), a same zdarzenia będą badane dalej.

Kampania obserwacyjna  O4 obejmie 18 miesięcy aktywnego czasu obserwacji i zakończy się w 2025 roku. 18-miesięczny okres obserwacji może być przeplatany z jedno- lub dwu- miesięcznymi przerwami przeznaczonymi na prace konserwacyjne. Wydłużony czas kampanii  O4 zwiększy jej dorobek naukowy i jednocześnie zapewni dodatkowy czas na przygotowanie kolejnej modernizacji detektorów, która będzie realizowana w przerwie między kampaniami O4 i O5.

Od etapu uruchomienia detektorów do fazy inżynieryjnej i kampanii obserwacyjnej

Aby poprawić czułość detektorów fal grawitacyjnych i jednocześnie umożliwić zbieranie danych przez odpowiednio długi czas, detektory przechodzą przez kilka faz. Po zakończeniu prac konserwacyjnych i zainstalowaniu zmodernizowanych instrumentów, detektory przechodzą do fazy uruchomienia. Podczas tej fazy nacisk kładziony jest na zintegrowanie poszczególnych zmodernizowanych części tak, aby cały detektor działał tak blisko zaplanowanej czułości, jak to tylko możliwe.

Gdy zespół uruchamiający detektor jest zadowolony z wyników jego działania, przechodzi się do etapu inżynieryjnego, którego celem jest osiągnięcie, przed ostatecznym rozpoczęciem kampanii obserwacyjnej, możliwie najwyższego ułamka czasu, w którym detektor jest w stanie zbierać dane obserwacyjne. Przejście między fazami jest procesem dynamicznym, w którym wiele czynników wpływa na decyzję o przejściu z jednej fazy do drugiej.

*Wyjątkowe zdarzenie to takie, z którym jest związany szczególnie silny sygnał fal grawitacyjnych, zwłaszcza jeśli może być ono powiązane z odpowiednikiem zaobserwowanym w promieniowaniu  elektromagnetycznym.

Obserwatoria fal grawitacyjnych

LIGO jest projektem finansowanym przez NSF i obsługiwanym przez Caltech i MIT, które go opracowały i zbudowały. Wsparcie finansowe dla projektu Advanced LIGO było prowadzone przez NSF wraz z Niemcami (Max Planck Society), Wielką Brytanią (Science and Technology Facilities Council) i Australią (Australian Research Council), które podjęły znaczące zobowiązania i wniosły wkład w projekt. Ponad 1400 naukowców z całego świata bierze udział w tych wysiłkach w ramach współpracy naukowej LIGO, która obejmuje współpracę GEO. Dodatkowi partnerzy są wymienieni na stronie http://ligo.org/partners.php.

Virgo Collaboration liczy obecnie około 846 członków ze 142 instytucji z 15 różnych (głównie europejskich) krajów. Europejskie Obserwatorium Grawitacyjne (EGO) posiada detektor Virgo w pobliżu Pizy we Włoszech i jest finansowane głównie przez Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) we Francji, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) we Włoszech oraz National Institute for Subatomic Fizyka (Nikhef) w Holandii. Listę grup Virgo Collaboration można znaleźć na stronie http://public.virgo-gw.eu/the-virgo-collaboration/. Więcej informacji dostępnych jest na stronie internetowej Virgo pod adresem http://www.virgo-gw.eu

KAGRA to interferometr laserowy o długości ramienia 3 km w Kamioka, Gifu, Japonia. Gospodarzem jest Instytut Badań nad Promieniowaniem Kosmicznym (ICRR), Uniwersytet Tokijski, a współgospodarzami projektu są Narodowe Obserwatorium Astronomiczne Japonii (NAOJ) i Organizacja Badań nad Akceleratorami Wysokich Energii (KEK). Współpraca KAGRA składa się z ponad 480 członków ze 115 instytutów w 17 krajach/regionach. Ogólne informacje KAGRA znajdują się na stronie internetowej https://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/. Zasoby dla naukowców są dostępne pod adresem http://gwwiki.icrr.u-tokyo.ac.jp/JGWwiki/KAGRA.