लेसर इंटरफेरोमीटर ग्रॅव्हिटेशनल-वेव्ह ऑब्झर्व्हेटरी (LIGO) हॅनफोर्ड प्रयोगशाळेच्या लेसर आणि व्हॅक्यूम इक्विपमेंट एरिया (एलव्हीईए) चे पक्ष्यांचे दृश्य यात दर्शविले आहे ज्यात हॅनफोर्ड, वॉशिंग्टन जवळ प्री-स्टेबलाइज्ड लेसर, बीम स्प्लिटर, इनपुट टेस्ट मास आणि इतर उपकरणे आहेत. 26 जून 2014 फोटो कॅलटेक/एमआयटी/LIGO प्रयोगशाळेने 8 फेब्रुवारी, 2016 रोजी प्रसिद्ध केला. ट्विन डिटेक्टर, गुरुत्वाकर्षण लहरींच्या उत्तीर्ण होणार्‍या आश्चर्यकारकपणे लहान कंपनांचा शोध घेण्यासाठी दोन समान शोधकांची एक प्रणाली, लिव्हिंगस्टन, लुईझियाना आणि हॅनफोर्ड येथे स्थित आहे. वॉशिंग्टन. शास्त्रज्ञांनी 11 फेब्रुवारी 2016 रोजी सांगितले की त्यांना प्रथमच गुरुत्वाकर्षण लहरी, अंतराळातील लहरी आणि एक शतकापूर्वी भौतिकशास्त्रज्ञ अल्बर्ट आइन्स्टाईन यांनी गृहीत धरले होते, एका ऐतिहासिक शोधात जे विश्वाचा अभ्यास करण्यासाठी एक नवीन विंडो उघडते. | फोटो क्रेडिट: रॉयटर्स
तीन वर्षांच्या अंतरानंतर, यूएस मधील शास्त्रज्ञांनी नुकतेच गुरुत्वाकर्षण लहरी मोजण्यासाठी सक्षम डिटेक्टर चालू केले आहेत – अंतराळातील लहान तरंग स्वतःच जो विश्वातून प्रवास करतो.
प्रकाश लहरींच्या विपरीत, गुरुत्वाकर्षण लहरी ब्रह्मांड भरणाऱ्या आकाशगंगा, तारे, वायू आणि धूळ यांच्यामुळे जवळजवळ अव्याहत असतात. याचा अर्थ असा की गुरुत्वीय लहरींचे मोजमाप करून, माझ्यासारखे खगोलभौतिकशास्त्रज्ञ विश्वातील या सर्वात नेत्रदीपक घटनांच्या हृदयात थेट डोकावू शकतात.
2020 पासून, लेझर इंटरफेरोमेट्रिक ग्रॅव्हिटेशनल-वेव्ह ऑब्झर्व्हेटरी – सामान्यतः LIGO म्हणून ओळखली जाते – काही रोमांचक सुधारणा करत असताना सुप्त स्थितीत आहे. या सुधारणांमुळे LIGO ची संवेदनशीलता लक्षणीयरीत्या वाढेल आणि स्पेसटाइममध्ये लहान तरंग निर्माण करणार्‍या अधिक दूरच्या वस्तूंचे निरीक्षण करण्याची सुविधेला अनुमती मिळेल.
तसेच वाचा | नव्याने जन्मलेल्या कृष्णविवरातून प्रथमच गुरुत्वीय लहरी सापडल्या
गुरुत्वाकर्षण लहरी निर्माण करणाऱ्या आणखी घटनांचा शोध घेतल्याने, खगोलशास्त्रज्ञांना त्याच घटनांद्वारे निर्माण होणाऱ्या प्रकाशाचे निरीक्षण करण्याची अधिक संधी उपलब्ध होईल. माहितीच्या अनेक माध्यमांद्वारे घटना पाहणे, मल्टी-मेसेंजर खगोलशास्त्र नावाचा दृष्टीकोन, खगोलशास्त्रज्ञांना कोणत्याही प्रयोगशाळेच्या चाचणीच्या क्षेत्राबाहेरील भौतिकशास्त्राबद्दल जाणून घेण्यासाठी दुर्मिळ आणि प्रतिष्ठित संधी प्रदान करते.
स्पेसटाइम मध्ये तरंग
आइन्स्टाईनच्या सामान्य सापेक्षतेच्या सिद्धांतानुसार, वस्तुमान आणि ऊर्जा जागा आणि काळाचा आकार बदलतात. स्पेसटाइमचे वाकणे हे निर्धारित करते की वस्तू एकमेकांच्या संबंधात कशा हलतात – लोकांना गुरुत्वाकर्षणाचा काय अनुभव येतो.
जेव्हा कृष्णविवर किंवा न्यूट्रॉन तारे यांसारख्या मोठ्या वस्तू एकमेकांमध्ये विलीन होतात तेव्हा गुरुत्वीय लहरी तयार होतात आणि अवकाशात अचानक मोठे बदल घडवून आणतात. स्पेस वॅपिंग आणि फ्लेक्सिंगची प्रक्रिया स्थिर तलावाच्या लाटेप्रमाणे संपूर्ण विश्वात तरंग पाठवते. या लहरी सर्व दिशांना गडबडीतून बाहेर पडतात, ते तसे करत असताना जागा वाकवतात आणि त्यांच्या मार्गातील वस्तूंमधील अंतर अगदी किंचित बदलतात.
तसेच वाचा | गुरुत्वीय लहरींचा त्रास: भारत LIGO मध्ये कसा योगदान देईल?
गुरुत्वाकर्षण लहरी निर्माण करणाऱ्या खगोलीय घटनांमध्ये विश्वातील काही सर्वात मोठ्या वस्तूंचा समावेश असला तरीही, अंतराळाचे ताणणे आणि आकुंचन हे अमर्यादपणे लहान आहे. आकाशगंगेतून जाणारी एक मजबूत गुरुत्वीय लहर संपूर्ण आकाशगंगेचा व्यास फक्त तीन फूट (एक मीटर) बदलू शकते.
गुरुत्वीय लहरींचे पहिले निरीक्षण
1916 मध्ये आइन्स्टाईनने प्रथम भाकीत केले असले तरी, त्या काळातील शास्त्रज्ञांना गुरुत्वीय लहरींच्या सिद्धांतानुसार अंतरातील लहान बदलांचे मोजमाप करण्याची फारशी आशा नव्हती.
सन 2000 च्या सुमारास, कॅल्टेक, मॅसॅच्युसेट्स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी आणि जगभरातील इतर विद्यापीठांमधील शास्त्रज्ञांनी LIGO वेधशाळा – LIGO वेधशाळेचे बांधकाम पूर्ण केले.
LIGO मध्ये दोन स्वतंत्र वेधशाळा आहेत, त्यापैकी एक हॅनफोर्ड, वॉशिंग्टन येथे आहे आणि दुसरी लिव्हिंग्स्टन, लुईझियाना येथे आहे. प्रत्येक वेधशाळेचा आकार दोन, 2.5-मैल-लांब (चार-किलोमीटर-लांब) शस्त्रांसह एका विशाल एल सारखा आहे ज्यामध्ये सुविधेच्या केंद्रापासून 90 अंशांवर एकमेकांपर्यंत पसरलेले आहे.
गुरुत्वीय लहरींचे मोजमाप करण्यासाठी, संशोधक सुविधेच्या मध्यभागी ते L च्या पायथ्यापर्यंत लेसर चमकवतात. तेथे, लेसर विभाजित केले जाते जेणेकरून एक तुळई प्रत्येक हाताच्या खाली फिरते, आरशातून प्रतिबिंबित होते आणि पायावर परत येते. लेसर चमकत असताना गुरुत्वाकर्षण लहरी हातातून गेल्यास, दोन बीम अगदी थोड्या वेगळ्या वेळी केंद्राकडे परत येतील. हा फरक मोजून, भौतिकशास्त्रज्ञ हे ओळखू शकतात की सुविधेतून गुरुत्वाकर्षण लहरी गेली.
LIGO ने 2000 च्या दशकाच्या सुरुवातीस कार्य करण्यास सुरुवात केली, परंतु गुरुत्वाकर्षण लहरी शोधण्यासाठी ते पुरेसे संवेदनशील नव्हते. त्यामुळे, 2010 मध्ये, LIGO टीमने संवेदनशीलता वाढवण्यासाठी अपग्रेड करण्यासाठी सुविधा तात्पुरती बंद केली. LIGO च्या अपग्रेड केलेल्या आवृत्तीने 2015 मध्ये डेटा गोळा करण्यास सुरुवात केली आणि दोन कृष्णविवरांच्या विलीनीकरणातून निर्माण झालेल्या गुरुत्वीय लहरी जवळजवळ लगेचच सापडल्या.
तसेच वाचा | विज्ञानाला चालना देणारी, विश्वाची विस्तृत विंडो
2015 पासून, LIGO ने तीन निरीक्षण धावा पूर्ण केल्या आहेत. पहिले, O1 चालवले, सुमारे चार महिने चालले; दुसरा, O2, सुमारे नऊ महिने; आणि तिसरा, O3, कोविड-19 साथीच्या आजाराने सुविधा बंद करण्यास भाग पाडण्यापूर्वी 11 महिने धावले. रन O2 पासून सुरुवात करून, LIGO हे कन्या नावाच्या इटालियन वेधशाळेसोबत संयुक्तपणे निरीक्षण करत आहे.
प्रत्येक धावण्याच्या दरम्यान, शास्त्रज्ञांनी डिटेक्टर आणि डेटा विश्लेषण पद्धतींचे भौतिक घटक सुधारले. मार्च 2020 मध्ये O3 रन संपेपर्यंत, LIGO आणि Virgo सहकार्यातील संशोधकांनी कृष्णविवर आणि न्यूट्रॉन ताऱ्यांच्या विलीनीकरणातून सुमारे 90 गुरुत्वीय लहरी शोधल्या होत्या.
वेधशाळांनी अद्याप त्यांची कमाल डिझाइन संवेदनशीलता गाठलेली नाही. तर, 2020 मध्ये, दोन्ही वेधशाळा पुन्हा अपग्रेडसाठी बंद झाल्या.
काही सुधारणा करत आहे
शास्त्रज्ञ अनेक तांत्रिक सुधारणांवर काम करत आहेत.
एक विशेषतः आशादायक अपग्रेडमध्ये स्क्वीझिंग नावाचे तंत्र सुधारण्यासाठी 1,000-फूट (300-मीटर) ऑप्टिकल पोकळी जोडणे समाविष्ट आहे. पिळणे शास्त्रज्ञांना प्रकाशाच्या क्वांटम गुणधर्मांचा वापर करून डिटेक्टरचा आवाज कमी करण्यास अनुमती देते. या अपग्रेडसह, LIGO टीम पूर्वीपेक्षा खूपच कमकुवत गुरुत्वीय लहरी शोधण्यात सक्षम झाली पाहिजे.
तसेच वाचा | गुरुत्वीय लहरी काय आहेत?
माझे सहकारी आणि मी LIGO सहकार्यामध्ये डेटा वैज्ञानिक आहोत आणि आम्ही LIGO डेटावर प्रक्रिया करण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या सॉफ्टवेअरमध्ये आणि त्या डेटामधील गुरुत्वाकर्षण लहरींची चिन्हे ओळखणार्‍या अल्गोरिदमवर अनेक भिन्न सुधारणांवर काम करत आहोत. हे अल्गोरिदम लाखो संभाव्य ब्लॅक होल आणि न्यूट्रॉन स्टार विलीनीकरणाच्या घटनांच्या सैद्धांतिक मॉडेलशी जुळणारे नमुने शोधून कार्य करतात. सुधारित अल्गोरिदम अल्गोरिदमच्या मागील आवृत्त्यांपेक्षा डेटामधील पार्श्वभूमी आवाजातील गुरुत्वाकर्षण लहरींची अस्पष्ट चिन्हे अधिक सहजपणे निवडण्यास सक्षम असावे.
खगोलशास्त्राचा हाय-डेफ युग
मे 2023 च्या सुरुवातीस, सर्वकाही कार्य करत असल्याची खात्री करण्यासाठी LIGO ने एक लहान चाचणी रन सुरू केली – ज्याला अभियांत्रिकी धाव म्हणतात –. 18 मे रोजी, LIGO ला कृष्णविवरात विलीन होणाऱ्या न्यूट्रॉन ताऱ्यापासून निर्माण झालेल्या गुरुत्वीय लहरी आढळल्या.
LIGO ची 20-महिन्यांचे निरीक्षण रन 04 अधिकृतपणे 24 मे रोजी सुरू होईल, आणि नंतर त्यात कन्या आणि नवीन जपानी वेधशाळा सामील होतील – कामिओका ग्रॅव्हिटेशनल वेव्ह डिटेक्टर, किंवा काग्रा.
तसेच वाचा | गुरुत्वीय लहरींचे मोजमाप — सामान्य माणसाच्या दृष्टीने
या रनसाठी अनेक वैज्ञानिक उद्दिष्टे असताना, वास्तविक वेळेत गुरुत्वीय लहरी शोधणे आणि त्यांचे स्थानिकीकरण करणे यावर विशेष लक्ष केंद्रित केले जाते. जर टीम गुरुत्वाकर्षण लहरी घटना ओळखू शकत असेल, तरंग कुठून आल्या हे शोधून काढू शकतील आणि इतर खगोलशास्त्रज्ञांना या शोधांबद्दल त्वरीत सावध करू शकतील, तर ते खगोलशास्त्रज्ञांना दृश्यमान प्रकाश, रेडिओ लहरी किंवा इतर प्रकारचा डेटा गोळा करणार्‍या इतर दुर्बिणींना निर्देशित करू शकतील. गुरुत्वाकर्षण लहरी. एकाच इव्हेंटवर माहितीचे अनेक चॅनेल गोळा करणे – मल्टी-मेसेंजर अॅस्ट्रोफिजिक्स – हे एका ब्लॅक-अँड-व्हाइट मूक फिल्ममध्ये रंग आणि ध्वनी जोडण्यासारखे आहे आणि खगोल-भौतिक घटनांबद्दल अधिक सखोल समज प्रदान करू शकते.
खगोलशास्त्रज्ञांनी आजपर्यंत गुरुत्वाकर्षण लहरी आणि दृश्यमान प्रकाश या दोन्हीमध्ये फक्त एकच घटना पाहिली आहे – 2017 मध्ये दिसलेल्या दोन न्यूट्रॉन तार्‍यांचे विलीनीकरण. परंतु या एकाच घटनेतून, भौतिकशास्त्रज्ञ विश्वाच्या विस्ताराचा अभ्यास करू शकले आणि काहींच्या उत्पत्तीची पुष्टी करू शकले. गॅमा-रे स्फोट म्हणून ओळखल्या जाणार्‍या विश्वातील सर्वात उत्साही घटना.
रन O4 सह, खगोलशास्त्रज्ञांना इतिहासातील सर्वात संवेदनशील गुरुत्वीय लहरी वेधशाळांमध्ये प्रवेश मिळेल आणि आशा आहे की ते पूर्वीपेक्षा अधिक डेटा गोळा करतील. माझे सहकारी आणि मी आशावादी आहोत की येत्या काही महिन्यांत एक – किंवा कदाचित अनेक – बहु-संदेशक निरीक्षणे होतील जी आधुनिक खगोल भौतिकशास्त्राच्या सीमांना धक्का देतील.
