Το Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης ηγείται ενός πρωτοποριακού έργου 7 εκατομμυρίων λιρών για την εξερεύνηση των πιο απομακρυσμένων γωνιών του διαστήματος.
Οι ερευνητές θα διαδραματίσουν βασικό ρόλο στην ανάπτυξη της επόμενης γενιάς ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων, βοηθώντας τους αστρονόμους να ξεκλειδώσουν έναν «θησαυρό» πληροφοριών που έχει τη δυνατότητα να «φέρει επανάσταση στην κατανόησή μας για το σύμπαν».
Το Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης θα ηγηθεί μιας κοινοπραξίας επτά πανεπιστημίων του Ηνωμένου Βασιλείου που έχουν εξασφαλίσει χρηματοδότηση από το ταμείο υποδομής του Ηνωμένου Βασιλείου Έρευνας και Καινοτομίας (UKRI).
Τα επόμενα τρία χρόνια, οι ομάδες θα αναπτύξουν σχέδια για νέες επικαλύψεις κατόπτρων, τεχνικές ανάλυσης δεδομένων και συστήματα ανάρτησης και σεισμικής απομόνωσης για χρήση σε δύο μελλοντικά διεθνή παρατηρητήρια – τον Cosmic Explorer στις Ηνωμένες Πολιτείες και το τηλεσκόπιο Einstein στην Ευρώπη.
Η εντύπωση ενός καλλιτέχνη από τον μελλοντικό ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων του Cosmic Explorer (Εικόνα: A. Nguyen, V. Kitchen, E. Anaya – California State University Fullerton)
Η καθηγήτρια Sheila Rowan, Διευθύντρια του Ινστιτούτου Βαρυτικής Έρευνας στο Πανεπιστήμιο της Γλασκόβης, είναι επικεφαλής ερευνητής στο έργο.
Είπε ότι θα αναπτύξει βασικά στοιχεία της επόμενης γενιάς παρατηρητηρίων βαρυτικών κυμάτων που «έχουν τη δυνατότητα να φέρουν επανάσταση στην κατανόησή μας για το σύμπαν».
Ο καθηγητής είπε ότι οι επιστήμονες έχουν μάθει πολλά από την τρέχουσα γενιά παρατηρητηρίων κυμάτων – LIGO στις ΗΠΑ, Virgo στην Ιταλία και KAGRA στην Ιαπωνία – τα οποία, κατά μέσο όρο, παράγουν αρκετές νέες ανακαλύψεις την εβδομάδα.
Διαβάστε περισσότερα: Οι επιστήμονες δημοσιεύουν έναν νέο ακριβή χάρτη όλης της ύλης στο σύμπαν
Αλλά είπε: «Η επόμενη γενιά θα μπορούσε να επιτρέψει ένα άλμα από εκατοντάδες ανιχνεύσεις ετησίως σε εκατοντάδες χιλιάδες – ένας τεράστιος θησαυρός νέων πληροφοριών που φέρνει νέες προκλήσεις στην επεξεργασία των δεδομένων που θα εργαστούμε για να υποστηρίξουμε». χρόνια.
«Θα συνεργαστούμε επίσης στενά με τους συναδέλφους για να αναπτύξουμε νέες επιστρώσεις και τεχνικές ανάρτησης για τους καθρέφτες των ανιχνευτών, οι οποίοι πρέπει να είναι πολύ πιο απομονωμένοι από εξωτερικές επιρροές από ό,τι πριν, προκειμένου να επιτραπούν αυτές οι πιο ευαίσθητες ανιχνεύσεις».
«Υπάρχουν προκλήσεις που πρέπει να ξεπεράσουμε, αλλά εδώ στο Ηνωμένο Βασίλειο έχουμε πλούσια εμπειρία από τη δουλειά μας στο σχεδιασμό, την κατασκευή και τη βελτίωση του υλικού και του λογισμικού στην καρδιά των σημερινών ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων. Ανυπομονούμε να ξεκινήσουμε τη συναρμολόγηση των ανιχνευτών του αύριο».
Ένα πορτρέτο της καθηγήτριας Sheila Rowan, Διευθύντριας του Ινστιτούτου Βαρυτικής Έρευνας στο Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης (Εικόνα: Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης)
Οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων λειτουργούν αντανακλώντας λέιζερ μεταξύ κατόπτρων που αιωρούνται σε κάθε άκρο μακριών, συχνά σε σχήμα L σωλήνων.
Όταν τα βαρυτικά κύματα – οι αδύναμοι κυματισμοί στο χωροχρόνο που προκαλούνται από τεράστια αστρονομικά γεγονότα όπως οι συγκρούσεις μαύρης τρύπας – περνούν μέσα από τους ανιχνευτές, προκαλούν μικροσκοπικές διακυμάνσεις στην απόσταση μεταξύ των κατόπτρων που μετρούνται από τα λέιζερ.
Η ανάλυση των δεδομένων που συλλέγονται καθώς περνούν τα βαρυτικά κύματα μπορεί να παρέχει πληθώρα πληροφοριών σχετικά με την προέλευσή τους στο διάστημα.
Η χρηματοδότηση του UKRI βοηθά στη δημιουργία ενός μακροπρόθεσμου αγωγού επενδυτικών προτεραιοτήτων σε υποδομές και υποστηρίζει τις εγκαταστάσεις, τον εξοπλισμό και τους πόρους που είναι απαραίτητοι για ερευνητές και καινοτόμους να πραγματοποιήσουν πρωτοποριακή εργασία.
Το Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης αποτελεί μέρος μιας πρόσφατα χρηματοδοτούμενης κοινοπραξίας του Ηνωμένου Βασιλείου που συγκεντρώνει τα πανεπιστήμια του Μπέρμιγχαμ, του Κάρντιφ, του Πόρτσμουθ, του Σαουθάμπτον, του Στράθκλαϊντ και της Δυτικής Σκωτίας.
Η εντύπωση ενός καλλιτέχνη από τον μελλοντικό ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων του τηλεσκοπίου Αϊνστάιν (Εικόνα: M. Kraan – Nikhef)
Ο Alberto Vecchio, αναπληρωτής κύριος ερευνητής του έργου, είναι καθηγητής Αστροφυσικής και Διευθυντής του Ινστιτούτου Αστρονομίας Βαρυτικών Κυμάτων στο Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ.
Είπε: «Αυτό είναι το πρώτο βήμα προς την υλοποίηση ισχυρών παρατηρητηρίων βαρυτικών κυμάτων, τα οποία, μόλις λειτουργήσουν, θα μας ταξιδέψουν σε συναρπαστικά ταξίδια σε όλο το σύμπαν, ανακαλύπτοντας πολλά νέα φαινόμενα στην πορεία».
«Είναι υπέροχο να συνεργάζεσαι με το STFC, τους συναδέλφους σε ιδρύματα στο Ηνωμένο Βασίλειο και τους συνεργάτες μας σε όλο τον κόσμο για να κάνουμε πραγματικότητα αυτά τα φανταστικά νέα εργαλεία».
Διαβάστε περισσότερα: Οι αστρονόμοι βρίσκουν πληθώρα γαλαξιών που μοιάζουν με τον Γαλαξία στο πρώιμο σύμπαν
Ο καθηγητής Mark Thomson, Εκτελεστικός Πρόεδρος του Συμβουλίου Επιστημονικών και Τεχνολογικών Εγκαταστάσεων (STFC) και Υπασπιστής Υποδομής Έρευνας και Καινοτομίας του Ηνωμένου Βασιλείου (UKRI), δήλωσε: «Η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων ήταν μια από τις πιο συναρπαστικές πρόσφατες εξελίξεις στην επιστήμη και έχει πολλά να προσφέρουμε μας έφερε έναν εντελώς νέο τρόπο παρατήρησης του σύμπαντος.
«Αυτή η νέα επένδυση του UKRI θα επιτρέψει στους επιστήμονες του Ηνωμένου Βασιλείου να διαδραματίσουν βασικό ρόλο στις διεθνείς προσπάθειες για την ανάπτυξη της επόμενης γενιάς ακόμη πιο ευαίσθητων παρατηρητηρίων βαρυτικών κυμάτων, τα οποία θα διευρύνουν σημαντικά την κατανόησή μας για το σύμπαν».
Οι επιστήμονες του Ηνωμένου Βασιλείου ασχολούνται με την έρευνα βαρυτικών κυμάτων για αρκετές δεκαετίες, με χρηματοδότηση από το Συμβούλιο Εγκαταστάσεων Επιστημών και Τεχνολογιών (STFC).
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για τη συγχώνευση δυαδικών άστρων νετρονίων που παρατηρήθηκε από το LIGO Livingston (Εικόνα: Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet)
Το αστεροσκοπείο LIGO ανίχνευσε βαρυτικά κύματα για πρώτη φορά το 2015, ανοίγοντας ένα εντελώς νέο πεδίο αστρονομίας που «ακούει» για ταλαντώσεις στο χωροχρόνο αντί να αναζητά πληροφορίες από ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.
Από το 2015, οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων έχουν κάνει θεαματικές ανακαλύψεις – συμπεριλαμβανομένων σημάτων από περισσότερα από 100 ζεύγη μαύρων τρυπών που συγκρούονται.
Η επόμενη γενιά ανιχνευτών θα είναι πολύ πιο φιλόδοξη ως προς το σχεδιασμό τους, με τα λέιζερ να αντανακλώνται μεταξύ κατόπτρων που αιωρούνται χωρίς εξωτερικούς κραδασμούς και απέχουν μεταξύ τους έως και 40 km, αντί για 4 km όπως συμβαίνει με τους σημερινούς ανιχνευτές. Οι καθρέφτες γίνονται επίσης μεγαλύτεροι και βαρύτεροι καθώς η διάμετρός τους διπλασιάζεται σε περίπου 60 cm.
Διαβάστε περισσότερα: Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb για να βρουν έναν μικροσκοπικό αλλά πολύ φωτεινό γαλαξία
Οι διεθνείς συνεργασίες πίσω από τους προγραμματισμένους ανιχνευτές επόμενης γενιάς υποθέτουν ότι τα νέα παρατηρητήρια θα είναι αρκετά ευαίσθητα ώστε να ανιχνεύουν σήματα από την ίδια την άκρη του σύμπαντος.
Η διευρυμένη εμβέλεια των ανιχνευτών θα βοηθήσει να ρίξει νέο φως στο πώς σχηματίζονται οι μαύρες τρύπες στις πρώτες εποχές του χρόνου, πώς συμπεριφέρεται η ύλη στα αστέρια νετρονίων και να συλλέγει βαρυτικά κύματα που τα σημερινά παρατηρητήρια δεν μπορούν να ανιχνεύσουν.