Idag (30 november), forskare startade om LIGOs dubbla detektorer, laserinterferometern Gravitationsvågsobservatorium, efter att ha gjort flera förbättringar av systemet. Under det senaste året, de har förbättrat LIGO:s lasrar, elektronik, och optik som har ökat observatoriets känslighet med 10 till 25 procent. Detektorerna, forskare hoppas, kommer nu att kunna ställa in sig på gravitationella vågor - och de extrema händelser som de uppstår - som kommer längre bort i universum.

Den 14 september 2015, LIGO:s detektorer gjorde den allra första direktdetekteringen av gravitationella vågor, bara två dagar efter att forskare startade om observatoriet som Advanced LIGO - en uppgraderad version av LIGOs två stora interferometrar, en som ligger i Hanford, Washington, och de andra 3, 000 kilometer bort i Livingston, Lousiana. Efter analys av signalen, forskare bestämde att det verkligen var en gravitationell våg, som uppstod från sammanslagningen av två massiva svarta hål 1,3 miljarder ljusår bort.

Tre månader senare, den 26 december 2015, detektorerna tog upp en annan signal, som forskare avkodade som en andra gravitationsvåg, krusande ut från ännu en sammanslagning av svart hål, lite längre ut i universum, 1,4 miljarder ljusår bort.

Nu med LIGOs senaste uppgraderingar, medlemmar i LIGO Scientific Collaboration hoppas kunna upptäcka tätare signaler från gravitationella vågor, som härrör från kolliderande svarta hål och andra extrema kosmiska fenomen. MIT News talade med Peter Fritschel, associerad direktör för LIGO på MIT, och LIGO:s chefsdetektorforskare, om LIGOs nya syn.

F:Vilken typ av ändringar har gjorts i detektorerna sedan de gick offline?

S:Det fanns olika slags aktiviteter på de två observatorierna. Med detektorn i Livingston, Louisiana, vi gjorde mycket arbete inuti vakuumsystemet, byta ut eller lägga till nya komponenter. Som ett exempel, varje detektor innehåller fyra testmassor som svarar på en passande gravitationsvåg. Dessa testmassor är monterade i komplexa upphängningssystem som isolerar dem från den lokala miljön. Tidigare tester hade visat att två av vibrationslägena för dessa suspensioner kunde svänga i en grad som skulle hindra detektorn från att fungera med sin bästa känslighet. Så, vi designade och installerade några tunade, passiva dämpare för att minska oscillationsamplituden för dessa lägen. Detta kommer att hjälpa Livingston -detektorn att fungera vid sin högsta känslighet för en större bråkdel av datakörningens varaktighet.

På Hanford, Washington, detektor, det mesta av arbetet var inriktat på att öka lasereffekten som lagras i interferometern. Under den första observationskörningen, vi hade cirka 100 kilowatt lasereffekt i varje lång arm på interferometern. Sedan dess har vi arbetat med att öka detta med en faktor två, för att uppnå 200 kilowatt effekt i varje arm. Detta kan vara ganska svårt eftersom det finns termiska effekter och optiskt-mekaniska interaktioner som uppstår när effekten ökar, och några av dessa kan ge instabilitet som måste tämjas. Vi lyckades faktiskt lösa den här typen av problem och kunde driva detektorn med 200 kilowatt i armarna. Dock, det fanns andra problem som kostar känslighet, och vi hade inte tid att lösa dessa, så vi arbetar nu med 20 till 30 procent högre effekt än vi hade under den första observeringen. Denna blygsamma effektökning ger en liten men märkbar ökning av känsligheten för gravitationsvågfrekvenser högre än cirka 100 hertz.

Vi samlade också mycket viktig information som kommer att användas för att planera nästa detektordriftsättningstid, som påbörjas i slutet av denna sexmånaders observationsperiod. Vi har fortfarande mycket utmanande arbete framför oss för att komma till vår slutliga designkänslighet.

F:Hur känslig är LIGO med dessa nya förbättringar?

A:Det mått vi oftast använder är känsligheten för gravitationella vågor som produceras genom sammanslagningen av två neutronstjärnor, eftersom vi enkelt kan beräkna vad vi bör se från ett sådant system-men notera att vi ännu inte har upptäckt gravitationella vågor från en fusion mellan neutronstjärnor och neutronstjärnor. Livingston -detektorn är nu tillräckligt känslig för att upptäcka en sammanslagning från så långt bort som 200 miljoner parsek (660 miljoner ljusår). Detta är cirka 25 procent längre än det kunde "se" i den första observerande körningen. För Hanford -detektorn är motsvarande känslighetsintervall i stort sett i nivå med vad det var under den första körningen och är cirka 15 procent lägre än dessa siffror.

Naturligtvis i den första observerande körningen upptäckte vi sammanslagningen av två svarta hål, inte neutronstjärnor. Känslighetsjämförelsen för sammanslagningar av svarta hål är likväl ungefär densamma:Jämfört med förra årets observationskörning, Livingston -detektorn är cirka 25 procent känsligare och Hanford -detektorn är ungefär densamma. Men även små förbättringar av känsligheten kan hjälpa, eftersom rymdvolymen undersöktes, och därmed graden av gravitationella vågdetekteringar, växer som kuben för dessa avstånd.

F:Vad hoppas du kunna "höra" och upptäcka, nu när LIGO är tillbaka online?

A:Vi förväntar oss definitivt att upptäcka fler sammanslagningar av svarta hål, vilket fortfarande är ett mycket spännande perspektiv. Kom ihåg att vi i den första körningen upptäckte två sådana binära fusioner med svart hål och såg starka bevis för en tredje sammanslagning. Med den blygsamma förbättringen av känsligheten och planen att samla in mer data än vi gjorde tidigare, vi bör öka vår kunskap om svarta hålsbefolkningen i universum.

Vi skulle också älska att upptäcka gravitationella vågor från sammanslagningen av två neutronstjärnor. Vi vet att dessa system finns, men vi vet inte hur vanliga de är, så vi kan inte vara säkra på hur känslig vi behöver för att börja se dem. Binära neutronstjärnfusioner är intressanta eftersom de (bland annat) anses vara producenter och distributörer av de tunga elementen, såsom ädelmetaller, som finns i vår galax.

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.