Lov gravitačních vln s Einstein@home  
Gravitační vlny deformující časoprostor a šířící se rychlostí světla předpověděla Obecná teorie relativity. Vědci dnes vkládají naděje, že se jim existenci těchto vln podaří prokázat pomocí soustavy laserových interferometrů a distribuovaných výpočtů.

 

 

Současnou globální síť laserových interferometrů tvoří observatoře LIGO v USA (LIGO-Hanford ve Washingtonu, LIGO Livingston v Louisianě), EGO Evropská gravitační observatoř poblíž Pisy a GEO600 německo-britský laserový interferometr v Hanoveru. Zdroji gravitace by měly být hlavně rychle rotující neutronové hvězdy s asytrickým rozložením hmoty kolem jejich osy rotace. Velikost asymetrie se popisuje parametrem "ellipticity". U neutronových hvězd se předpokládají jen velmi malé výchylky v jejich ellipticitě a navíc je jich většina tisíce světelných let daleko, takže generované vlny, poté co doputují k Zemi, jsou již velmi slabé. Nicméně, v rámci zmíněného projektu se analyzují velmi dlouhé úseky dat a s pomocí připravené aplikace bychom měli být schopni v šumu pozadí najít i tak slabý signál.

 

 

Způsob, jakým probíhá hledání těchto kontinuálních gravitačních vln závisí na tom, jak moc je toho  známo o jeho zdroji. V současné době máme v naší Galaxii identifikováno asi na 2000 neutronových hvězd, ale podle rádiových, rentgenových a gama emisí by jich naše Galaxie měla  mít spíše okolo 100 milionů. Průzkum všech koutů naší oblohy a hledání gravitačních vln, by nám měl sdělit o struktuře tohoto útvaru víc, ale bohužel takzvané "brute-force" - prohledávání celé oblohy je natolik náročné na výpočty, že by vyžadovalo mnohokrát více systémových prostředků, než kolik jich mají dnes výzkumníci k dispozici. Hledání neznámých zdrojů na obloze se proto zúžilo na prověřování signálů o několika kilohertz, kde se sleduje rychlost změny jejich frekvence. Analýzou dat se filtrují slabé spojité vlnové signály, ale i tento způsob se při aplikaci na data získaná v rozsahu měsíců nebo i let stává výpočetně neúnosným.  Proto dochází k prohledávání jen na zlomku prohledávaného prostoru. Použitá metoda využívá Houghovy-transformace (viz. http://arxiv.org/abs/gr-qc/0407001), při níž je celý soubor dat rozdělen do menších segmentů, přibližně představujících délku jednoho dne a až následně se získané výsledky zase spojují. Citlivost metody v pátrání po zdrojích gravitačních vln se daří zvýšit účastí dobrovolníků, kteří se na výpočtech podílejí v rámci projektu Einstein@Home.


 

V grafu 1 jsou výsledky nedávno skončeného prohledávání spojitých vlnových signálů v kmitočtovém rozsahu od 50 Hz do 1190 Hz. V grafu jsou data z interferometru LIGO získaná v letech 2005-2007 během jeho pátého cyklu a prezentované výsledky představují kumulativně 25 tisíc let běhu hostitelských počítačů (CPU/rok).  Existenci gravitačních vln se přesto dosud odhalit nepodařilo. Pravděpodobně proto, že ve zvoleném frekvenčním pásmu žádné neutronové hvězdy nevyzařují dost silně na to, aby mohly být detekovány na tehdejší úrovni citlivosti detekčních přístrojů.

Z výsledků zatím můžeme například usoudit, že v 0,5 Hz-širokém pásmu na 152,5 Hz lze vyloučit přítomnost signálů gravitačních vln s amplitudou 7,6 ⋅ 10-25 a vyšší, s 90% spolehlivostí. Vyplývá to i z obrázku, na němž modře je vyznačena předchozí analýza a červeně nynější přesnější. Pokud bychom měli zdroj rotující na maximální rychlosti v posuzovaném hledání, tj. -2 ⋅ 10-9 Hz / s, a vydávající ztrátu energie rotačního pohybu v gravitačních vlnách  na 152,5 Hz, pak bychom je mohli detekovat, jako 3,8 kpc (1 kpc = 1000 parseků = 3262 světelných let) a s ellipticitou o ~ 10-4 , jak vyplývá z panelů (a) a (b) v druhém obrázku].

 

Interferometry LIGO a Virgo nyní procházejí zcela novou modernizací vybavení, jejímž cílem je  zvýšení jejich přesnosti o jeden řád (10x). Zařízení bude pracovat s tisíckrát větším rozlišení v pozorovatelném prostoru, což by mělo zásadně přispět k průkazu jevu gravitačních vln. Do provozu by měly být opět uvedeny v roce 2015 a nadále zvyšovat svou citlivost. Vylepšení detektorů LIGO a Virgo usnadní analýzu dat, a zvýší naděje na přímou detekci subjektů vydávajících gravitační vlny. To by hodně přispělo k porozumění chování časoprostoru a hmoty v extrémních podmínkách a otevřelo by se nám tak zcela nové okno do vesmíru s novými informacemi o objektech, které se v něm nacházejí.

 

Zdroje:
http://www.ligo.org/science/Publication-FullS5EatH/index.php
http://einstein.phys.uwm.edu/
http://www.ligo.org/science/GW-GW2.php
http://www.ligo.org/science/GW-IFO.php
http://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_star

Autor: Jan Bílek
Datum: 05.10.2012 12:58
Tisk článku


Diskuze:

A jak je to se smerovosti?

Martin Jahoda,2012-10-05 15:51:12

Myslim hlavne to, ze na detektor dopadaji gravitacni vlny z mnoha stran a jejich ucinek se bude navzajem rusit. Musim tedy vzit jeden konkretni zdroj a pri dlouhodobem pozorovani pak poskladat pres sebe useky signalu tak aby se mi secetli signaly prave od tohoto zdroje a vystoupily ze sumoveho pozadi ostatnich zdroju gravitacnich vln. Jenze Zeme se otaci a jeste obiha kolem Slunce a tak by me celkem zajimalo jak se tohle vsechno vubec da zohlednit pri detekci. Jeste bych si to dokazal predstavit reba merenim pomoci dvou druzic orientovanych za sebou smerem k vybranemu zdroji ale jinak...

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace