불과 5 년 전, 물리학 자들은 처음으로 중력파를 감지했을 때 우주에 새로운 창을 열었습니다. 발견이 쏟아져도 연구자들은 이미 더 크고 더 민감한 탐지기를 계획하고 있습니다. 그리고 포드 대 페라리와 페라리의 경쟁이 등장했으며, 미국의 과학자들은 단순히 더 큰 탐지기를 제안하고 유럽의 연구원들은보다 급진적 인 디자인을 추구하고 있습니다.
"지금 우리는 가장 희귀하고 큰 사건만을 잡고 있지만 우주를 통해 중얼 거리는 일이 훨씬 많아졌습니다." 물리학 자들은 2030 년대에 새로운 탐지기가 운영되기를 희망합니다. 이는 캘리포니아 기술 연구소 (Caltech)의 물리학자인 데이비드 리이트 즈 (David Reitze)는 말합니다. "중력파 발견은 세상을 사로 잡았으므로 이제는 다음에 오는 것에 대해 생각하기에 좋은시기입니다."
.현재 감지기는 간섭계라고 불리는 L 자형 기기입니다 (아래 다이어그램 참조). 각 팔의 양쪽 끝에 매달린 거울 사이에 레이저 빛이 튀어 나오고 일부는 L의 사기꾼을 만나기 위해 누출됩니다. 빛은 팔의 상대 길이에 의존하는 방식으로 방해합니다. 물리학자는 간섭을 모니터링함으로써 통과 된 중력파를 발견 할 수 있으며, 이는 일반적으로 팔의 길이를 다른 양으로 흔들어줍니다.
다른 진동을 내려 놓으려면 간섭계는 진공 챔버에 보관되어 있어야하며 정교한 서스펜션 시스템에 매달려있는 중량 거울이 있습니다. 공간의 작은 스트레칭을 감지하려면 간섭계 암이 길어야합니다. 레이저 간섭계 중력 파 분위기 (Ligo)에서 루이지애나와 워싱턴 주의 쌍둥이 악기는 서로 윙윙 거리는 두 개의 블랙홀에서 첫 번째 중력파를 발견했으며 팔 길이는 4km입니다. 이탈리아에서 유럽의 처녀 자리 탐지기는 3 킬로미터 길이의 무기를 가지고 있습니다. 탐지기 크기에도 불구하고 중력파는 양성자의 폭보다 적은 양으로 팔의 상대 길이를 변화시킵니다.
Ligo와 Virgo가 발견 한 수십 개의 블랙홀 합병은 거대한 별이 포인트로 무너질 때 만들어진 별이 많은 블랙홀이 이론가 예상보다 질량이 더 다양하다는 것을 보여주었습니다. 2017 년 Ligo와 Virgo는 또 다른 계시를 전달하여 두 개의 중성자 별이 함께 나선형으로 감지하고 천문학 자에게 합병의 하늘 위치에 경고했습니다. 몇 시간 안에 모든 유형의 망원경은 그 결과 "킬로 노바"의 여파를 연구했으며, 폭발이 풍부한 무거운 요소를 어떻게 위조하는지 관찰했습니다.
연구자들은 이제 탐지기가 10 배 더 민감한 것을 원하며, 이는 마음을 사로 잡는 잠재력을 가질 것이라고 말합니다. 그것은 관찰 가능한 우주 내의 모든 블랙홀 합병을 발견하고 심지어 빅뱅에서 형성된 원시적 인 블랙홀을 찾기 위해 첫 번째 별 이전의 시간으로 돌아갈 수 있습니다. 또한 중성자 별에서 초오도 물질의 본질을 맨손으로 놓는 수백 개의 킬로 노바를 발견해야합니다.
그러한 꿈의 기계에 대한 미국 비전은 간단합니다. "우리는 단지 정말로 크게 만들 것"이라고 Read는 40km 길이의 무기를 가진 간섭계 인 Cosmic Explorer를 디자인하는 데 도움이된다. "쿠키 커터 디자인"은 미국이 여러 개의 광범위하게 분리 된 탐지기를 감당할 수있게 해줄 수 있으며, 리고와 처녀 자리가 지금 하늘에서 소스를 정확히 찾아 낼 수 있다고 Ligo의 건축을 지시 한 Caltech의 물리학자인 Barry Barish는 말합니다.
.그러한 매머드 파도 포수를 앉히는 것은 까다로울 수 있습니다. 40 킬로미터의 암은 똑바로 있어야하지만 지구는 둥글다. 각 팔의 중간이 땅과 수평으로 거짓말을한다면 팔의 끝은 30 미터 높이의 욕실에 놓여 있어야합니다. 따라서 미국 연구자들은 구조물을 더 자연스럽게 수용 할 수있는 그릇과 같은 영역을 찾기를 희망합니다.
대조적으로, 유럽 물리학 자들은 아인슈타인 망원경 (ET)이라고 불리는 단일 지하 중력파 관측소를 구상합니다. 페루지아의 이탈리아 국립 핵 물리학 연구소 (National Instit
ET는 10 킬로미터 길이의 팔을 가진 다중 V 자형 간섭계를 포함하며, 진동을 보호하기 위해 지하 깊은 동등한 삼각형으로 배열됩니다. 간섭계가 세 방향으로 가리키면 ET는 중력파의 분극 (공간을 늘리는 방향)의 분극을 결정하여 하늘의 소스를 찾는 데 도움이되고 파도의 기본 특성을 조사 할 수 있습니다.
.터널은 실제로 두 세트의 간섭계를 수용 할 것입니다. Ligo 및 Virgo에 의해 검출 된 신호는 초당 약 10 ~ 2000 사이클의 주파수에서 힌지를 모으고 한 쌍의 물체가 함께 나선으로 상승합니다. 그러나 초당 몇 사이클 만 더 낮은 주파수를 선택하면 새로운 영역이 열립니다. 그것들을 감지하기 위해, 낮은 전력 레이저를 사용하는 두 번째 간섭계와 Absolute Zero 근처에 냉각 된 미러는 ET의 각 모서리에 둥지를지게됩니다. (이러한 거울은 이미 3 킬로미터의 무기를 가지고 있고 리고와 처녀 자리를 따라 잡기 위해 노력하고있는 일본의 카미오카 중력파 탐지기 (kagra)에서 이미 사용되고 있습니다.)
ET는 낮은 주파수로 이동함으로써 태양보다 수백 배의 블랙홀의 합병을 감지 할 수있었습니다. 이탈리아의 그란 사소 과학 연구소 (Gran Sasso Science Institute)의 천문학자인 마리카 브랜치 세이 (Marica Branchesi)는 천문학 자들이 킬로 노바 폭발에 대한 경고를주기 전에 몇 시간 전에 중성자 별 쌍을 잡을 수 있다고 말했다. "빛의 초기 배출은 많은 물리가 있기 때문에 매우 중요합니다."라고 그녀는 말합니다.
ET는 터널링 및 기본 인프라를위한 9 억 유로를 포함하여 17 억 유로의 비용이 든다고 Punturo는 말합니다. 연구원들은 벨기에, 독일, 네덜란드가 만나는 곳과 사르디니아 섬에서 두 곳을 고려하고 있습니다. 이 계획은 이번 여름에 ET를 할 일 목록에 올릴 수있는 유럽 전략 포럼 (European Strategy Forum)에 의해 검토 중입니다. Punturo는“이것은 중요한 정치 단계이지만 건설에 대한 최종 승인은 아니라고 말합니다.
.미국 제안은 덜 성숙합니다. 연구원들은 국립 과학 재단 (National Science Foundation)이 설계 작업에 6 천 5 백만 달러를 제공하기를 원하므로 2020 년대 중반에 10 억 달러 규모의 기계에 대한 결정을 내릴 수 있다고 Barish는 말합니다. 물리학 자들은 2030 년대 중반에 우주 탐험가와 ET가 실행되기를 희망하며, 계획된 레이저 간섭계 공간 안테나와 동시에, 은하의 중심에있는 초고 주파수의 검은 홀에서 훨씬 낮은 주파수의 중력 파를 감지하는 3 개의 우주선 수백만 킬로미터 떨어진 3 개의 우주선 킬로미터의 별자리를 갖기를 희망합니다.
.새로운 중력파 탐지기에 대한 추진이 반드시 경쟁은 아닙니다. ET에서 일하는 Maastricht University의 물리학자인 Stefan Hild는“우리가 정말로 원하는 것은 ET와 Cosmic Explorer와 비슷한 감도의 세 번째 탐지기를 갖는 것입니다. 그러나 Reitze는 타이밍과 비용이 "디자인의 수렴과 단순성을 향해 추진할 수있다"고 지적했다. 포드와 페라리 대신 물리학자가 몇 명을 건설하게 될 것입니다.
*교정, 3 월 29 일 오후 1시 10 분 : 이 이야기는 지구의 곡률이 우주 탐색기 탐지기의 레이아웃에 어떤 영향을 미칠 수 있는지보다 정확하게 반영하도록 업데이트되었습니다.
