magyar részvétel az európai gravitációshullám-kísérletekben
Post on 02-Jan-2016
22 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
A gravitációs hullámok és az általános relativitáselmélet
Einstein elmélete: 1916-ban jelent meg az első GH témájú tudományos dolgozatAz áltrel a gravitáció egy geometriai elmélete
2
T
c
GG
4
8
Az Einstein-egyenletek kapcsolják össze a téridő görbültségét megjelenítő Gmn
Einstein-tenzort az anyag mozgását megjelenítő T mn energia-impulzus tenzorralA forrásoktól távol, ahol már gyengék a GH-ok (lineáris közelítés), sugárzási mértékben (Tmn ~ 0) úgy írhatók le, mint a téridő geometriájának fénysebességgel terjedő változásai.
01
1 with 2
2
22
htc
hhg
Debrecen, 2013 augusztus 22.
A gravitációs hullámokA téridő geometriájának kicsiny
perturbációi
Mértékrögzítés: kétféle polarizációs állapoth+ és h
3
0000
00
00
0000
),( )(
hh
hhetz kzti h
A gravitációs hullámoknak egy körvonal pontjai mentén egyenletesen elhelyezett tömegpontokra kifejtett hatása
h h+
Debrecen, 2013 augusztus 22.
01
1 with 2
2
22
htc
hhg
4
Neutron csillagokból álló kettős (1974) PSR1913+16: egy pulzár és egy sötét társ
Tőlünk kb. 7 KPc távolságban, vmax/c ~10-3
Távolságuk ~ dʘ , keringési idő ~ 7,75 óra
Hulse and Taylor: 1993 Fizikai Nobel-díj
Az áltrel jóslatai értelmében ennek a rendszernek gravitációs hullámokat kell kibocsátania: a keringési időnek csökkennie kell
A jóslatokat 0.2% pontossággal igazolták a megfigyelések
Léteznek-e egyáltalán?
Debrecen, 2013 augusztus 22.
Az interferometria elvén működő detektorok
Mára az ilyen típusú detektoroknak is egy világméretű hálózata alakult ki
5
KAGRA, Kamioke, 3 km, 2.5 gen.
GEO, Hannover, 600 m
LIGO Livingston, 4 km
Virgo, Cascina, 3 km
LIGO Hanford, 4 km: 2 ITF ugyanabban a
detektorban!
A források helyét csak háromszögelési
eljárásokkal tudjuk meghatározni
A közös mérések: hosszabb megfigyelési időszakok és a hamis
észlelések kizárása
Debrecen, 2013 augusztus 22.
VIRGO• LAPP – Annecy
• NIKHEF – Amsterdam
• GPG – Birmingham
• INFN – Firenze-Urbino
• INFN – Frascati
• INFN – Genoa
• INFN – Perugia
• INFN – Pisa
• INFN – Roma 1
• INFN – Roma 2
• Univ of Warsav
• RMKI - Budapest
A Virgo együttműködés tagjai•IPN – Lyon•INFN – Napoli•OCA – Nice•LAL – Orsay•ESPCI – Paris•APC – Paris •INFN – Padova-Trento
6Debrecen, 2013 augusztus 22.
A működési elv:Az árapályerők által okozott relatív hosszváltozások a
Michelson-féle interferométerrel hatékonyan észlelhetők
7
E1
E2
Ein
02L
hL
F
LL2
0
102L0 104 m földi telepítésű
detektorok esetén
λ ≈ 300 km – valamilyen „trükköt” kell alkalmazni
Fabry-Perotcavity
Effektív karhosszúság:
Debrecen, 2013 augusztus 22.
8
Az elsőgenerációs detektorok névleges érzékenysége és a potenciális források
Debrecen, 2013 augusztus 22.
Galaxisok ezrei az ábrán jelölt 50 millió fényévnyi távolságon belül
Nagyon kevés a várható esemény: 0.01-0.1 esemény/év (NS-NS)
AZ ELSŐ GENERÁCIÓS DETEKTOROK TERVEZETT ÉRZÉKENYSÉGE AKKORA, HOGY A NEUTRONCSILLAG KETTŐSÖK ÖSSZEOLVADÁSÁT MEGFIGYELHESSÉK AKKOR IS, HA AZ A 15MPc TÁVOLSÁGBAN LÉVŐ VIRGO KLASZTERBEN TÖRTÉNIK
9Debrecen, 2013 augusztus 22.
Ész
lelé
si t
ávol
ság
(a.u
.)
Az interferometrikus elven működő detektorok fejlődése:
A Virgo detektor:
2003
A detektor megépítése és üzembe helyezése
2008
Ugyanazon infrastruktúra
Elérhető a kívánt pontosság
Adatgyűjtés, első
mérések
10
év
Fizikai felsőkorlátok
Debrecen, 2013 augusztus 22.
A második generációs detektorok
11
108 ly
Enhanced LIGO/Virgo+ Virgo/LIGO
Credit: R.Powell, B.Berger
Adv. Virgo/Adv. LIGO
Az első generációs detektorok igazolták, hogy a tervezett mérési pontosság elérhető
A második generációs detektorok lehetővé teszik pl.: A neutroncsillag kettősök
összeolvadására vonatkozó érzékenységi határ 20 MPc-ről
200 MPc-re történő növelését
Évente néhány tucat ilyen típusú megfigyelés várható
(az SNR még viszonylag alacsony!)
A forgás lassulása több ismert pulzár esetében kimérhető lesz
2-3 ÉV ÉPÍTKEZÉS!!! Magyar vonatkozás:
Az advanced Virgo Tier0 rendszere a Wigner Adatcentrumban ???
Szeptemberben indulnak az egyeztetések.
Debrecen, 2013 augusztus 22.
Kifejlesztettük a CBwaves programcsomagot
Debrecen, 2013 augusztus 22. 12
Csizmadia Péter, Debreczeni Gergely, Rácz István és Vasúth Mátyás (WIGNER FK): Gravitational waves from spinning eccentric binaries
Class. Quantum Grav. 29 (2012) 245002
Olyan kompakt összeolvadó kettősök által kisugárzott gravitációs hullámok meghatározását teszi lehetővé, amelyek spinnel és esetleg nagy excentricitással rendelkeznek.
A poszt-newtoni formalizmus felhasználásával egyidejűleg határozzuk meg a kettős mozgását (ezt 3.5PN rendig bezárólag), valamint az általuk kibocsátott gravitációs hullámformát (ezt 2PN rendig bezárólag).
A kompakt kettősök felfedezésére szakosodott CBC csoport számára olyan hullámforma-bankokat kívántunk kialakítani, melyek képessé teszik a LIGO-Virgo együttműködést az excentrikus, valamint spinnel is rendelkező kettősök, mint források hatékony felismerésére.
A kód a LIGO-Virgo kollaboráció által használt LAL/LALsimulation programcsomag szerves részévé vált.
3. GENERÁCIÓ?A GW detektorok fejlődése: (pl. Virgo)
2003
A detektor megépítés
e és üzembe
helyezése
2008
Sameinfrastructure
A működési elv igazolása
2011
enhanceddetectors
Sameinfrastructure
Az “advanced” technikáktesztelése
2017
Sameinfrastructure
Advanced
detectors
Első detektálás
2022
Lényegében változatlan infrastruktúra(20 év a Virgo esetében, még több a LIGO & GEO600 esetén)
Adatgyűjtés, első
mérések
Precíziós csillagászat
kozmológia ?
13
Ész
lelé
si t
ávol
ság
(a.u
.)
év
A jelenleg alkalmazott infrastruktúra határa
Miért fontos a gravitációs hullámok észlelése és a gravitációshullám-csillagászat megszületése?
visibleInfrared
408MHz WMAP
X-ray g-ray
GRB
GW ?
A kozmoszról kialakított elképzeléseink majdnem teljes egészében az elektromágneses hullámok által közvetített információkon nyugszanak. A csillagok belsejében zajló
extrémen dinamikus folyamatokat csak nagyon áttételesen tudjuk vizsgálni
Az univerzum jelenleg elfogadott modellje értelmében az univerzum 97%-a „sötét” (energia és anyag)
Alig hatnak kölcsön az anyaggal: A forrásoktól induló jelek torzulásmentesen jutnak el a detektorokhoz Információ az univerzum korai
állapotáról? 14Debrecen, 2013 augusztus 22.
0.1mHZ 10mHZ 1 Hz 100HZ 10kHz
4x107 M 4x105 M
4x103 M 40 M 0.4 M
Az f frekvencia / azon feketelyuk kettősök tömege, melyek az összeolvadási frekvenciája f
1st generation
3rd generation
Adv detectors
10-22
10-23
10-24
10-25
h (1/√Hz)Credit: B.Sathyaprakash
2009
2015
2020
2028?
eLISA
15Debrecen, 2013 augusztus 22.
Az ET Magyarországon? 2010 április 2-5: A helyszínkiválasztásában résztvevő holland kutatók
szeizmológiai méréseket végeztek a Gyöngyösoroszi bányában
17
A Mátra a megvizsgált 11 európai lehetséges helyszín közül a három legesélyesebb között van
Debrecen, 2013 augusztus 22.
Debrecen, 2013 augusztus 22. 18
„A detektor helyszínének kiválasztása során annak szeizmikus jellemzőinél talán fontosabb szerepet játszik majd a detektort
befogadni kész állam kutatóinak, a tudományt finanszírozó szervezeteinek és kormányának összehangolt erőfeszítése.”
Az ET megvalósításának időrendjeA kezdési időpont különféle változók függvénye:
A megvalósítási tervek elkészülésének ideje Az Advanced detektorok első direkt detektálása (2017?)Különféle hivatalos döntési mechanizmusok…
A döntés megszületése 2017-re tehető, míg építkezés kezdete várhatóan 2019 lesz
19
Helyszín kiválasztása
Az alagutak elkészítése
A vákuum-rendszer telepítése
Az első detektor
megépítése
Hangolások és az első mérések
2017 2019 2023 20252021
A második detektor
megépítése
Debrecen, 2013 augusztus 22.
50 év!
A jelenleg elképzelt formációSematikus ábra
20
A teljes infrastruktúra:Kezdeti fázis:
1 detektor (2 ITF) Értelmes fizikai
mérések a feljavított advanced detektorokkal együtt
Részleges kiépítettség: 2 detektor (4 ITF) cross-correlation
A teljes kiépítettség: 3 detektor (6 ITF) A két polarizációs
állapot mérése
Cre
dits
: S. H
ild
Debrecen, 2013 augusztus 22.
Összefoglalás:Az első generációs detektorok igazolták, hogy a
tervezett érzékenység elérhetőA második generációs gravitációshullám-detektorok:
Advanced Virgo: Lehetőség az első direkt detektálásra Az első direkt detektálásra való felkészülésben új kereső algoritmusok
és módszerek kialakítása Az érzékenység növelése szeizmológiai zajok kiszűrésével
A gravitációshullám-csillagászat kezdete az ET megépítése utánra várható Koncepcionális és technikai tervezés Helyszínkiválasztás: A Mátra az egyik lehetséges helyszín
Minél szélesebb körű részvételre lenne szükség és lehetőség a Virgo és az ET együttműködésekben WIGNER FK, MME, MTA CSFK, MFGI, ……… rengeteg feladat és lehetőség
21Debrecen, 2013 augusztus 22.
top related