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GEO600

Coordenadas : 52°14′49″N 9°48′30″E / 52.2469°N 9.8083°E / 52.2469; 9.8083 GEO600 es un detector de ondas gravitacionales ubicado cerca de Sarstedt , una ciudad a 20 kilómetros (...

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Coordenadas : 52°14′49″N 9°48′30″E / 52.2469°N 9.8083°E / 52.2469; 9.8083

GEO600 es un detector de ondas gravitacionales ubicado cerca de Sarstedt , una ciudad a 20 kilómetros (12 millas) al sur de Hannover , Alemania. Está diseñado y operado por científicos del Instituto Max Planck de Física Gravitacional , el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y la Universidad Leibniz de Hannover , junto con la Universidad de Glasgow , la Universidad de Birmingham y la Universidad de Cardiff en el Reino Unido, y está financiado por la Sociedad Max Planck y el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas (STFC). 

GEO600 es capaz de detectar ondas gravitacionales en el rango de frecuencia de 50 Hz a 1,5  kHz [ 1 ] y forma parte de una red mundial de detectores de ondas gravitacionales [ 2 ] . Este instrumento, junto con sus detectores interferométricos hermanos, cuando estén operativos, se encuentran entre los detectores de ondas gravitacionales más sensibles jamás diseñados. Están diseñados para detectar cambios relativos en la distancia del orden de 10⁻²¹ , aproximadamente del tamaño de un solo átomo comparado con la distancia del Sol a la Tierra. La construcción del proyecto comenzó en 1995 [ 3 ] .

En marzo de 2020, la pandemia de COVID-19 obligó a suspender el funcionamiento de otros observatorios de ondas gravitacionales como LIGO y Virgo (y en abril de 2020, KAGRA ), pero GEO600 continuó operando. [ 4 ]

A partir de 2023, GEO600 está activo en sus operaciones de observación de ondas gravitacionales. [ 5 ]

GEO600 cerrará y cesará permanentemente sus operaciones el 31 de diciembre de 2026. [ 6 ]

Historia

En la década de 1970, dos grupos en Europa, uno liderado por Heinz Billing en Alemania y otro por Ronald Drever en el Reino Unido, [ 7 ] iniciaron investigaciones sobre la detección de ondas gravitacionales mediante interferometría láser. En 1975, el Instituto Max Planck de Astrofísica en Múnich comenzó con un prototipo de 3 metros (9,8 pies) de longitud de brazo, lo que condujo a un prototipo de 30 metros (98 pies) de longitud de brazo en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ) en Garching en 1983. En 1977, el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Glasgow comenzó investigaciones similares y en 1980 inició la operación de un prototipo de 10 metros (33 pies) . [ 8 ] [ 9 ]   

En 1985, el grupo de Garching propuso la construcción de un gran detector con brazos de 3 kilómetros (2 millas) de longitud, mientras que el grupo británico presentó un proyecto equivalente en 1986. Ambos grupos aunaron esfuerzos en 1989 , dando origen al proyecto GEO, considerando las montañas Harz , en el norte de Alemania, como un emplazamiento ideal. Sin embargo, el proyecto no recibió financiación debido a problemas económicos. Por lo tanto, en 1994 se propuso un detector más pequeño: GEO600, que se construiría en las tierras bajas cercanas a Hannover, con brazos de 600 metros (2000 pies) de longitud. La construcción de este detector de ondas gravitacionales británico-alemán comenzó en septiembre de 1995. [ 9 ] [ 10 ]   

En 2001, el Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein, AEI) en Potsdam se hizo cargo de la sucursal de Hannover del MPQ, y desde 2002 el detector es operado por un Centro Conjunto de Física Gravitacional del AEI y la Universidad Leibniz de Hannover, junto con las universidades de Glasgow y Cardiff. Desde 2002, GEO600 participó en varias ejecuciones de datos en coincidencia con los detectores LIGO. [ 9 ] En 2006, GEO600 alcanzó la sensibilidad de diseño, pero hasta ahora no se ha detectado ninguna señal. El siguiente objetivo es reducir el ruido restante en otro factor de aproximadamente 10, para 2016. [ 11 ] [ 12 ]

En marzo de 2026, se anunció que GEO600 cesaría sus operaciones el 31 de diciembre de ese año, tras la jubilación del director del AEI, Karsten Danzmann, y la posterior cancelación de la financiación del proyecto. [ 13 ]

Hardware

GEO600 es un interferómetro de Michelson . Consta de dos brazos de 600 metros de longitud (2000 pies) , por los que pasa el haz láser dos veces, de modo que la longitud efectiva del brazo óptico es de 1200 metros (3900 pies) . Los principales componentes ópticos se encuentran en un sistema de ultra alto vacío, con una presión inferior a 10⁻⁸ mbar . [ 1 ]  

Suspensiones y aislamiento sísmico

Para obtener mediciones precisas, la óptica debe aislarse del movimiento del suelo y otras influencias del entorno. Por esta razón, todos los detectores interferométricos de ondas gravitacionales terrestres suspenden sus espejos como péndulos multietapa. Para frecuencias superiores a la frecuencia de resonancia del péndulo, estos proporcionan un buen aislamiento contra las vibraciones. Toda la óptica principal del GEO600 está suspendida como péndulos triples para aislar los espejos de las vibraciones en el plano horizontal. La masa superior e intermedia cuelgan de resortes en voladizo, que proporcionan aislamiento contra el movimiento vertical. En la masa superior hay seis actuadores de bobina magnética que se utilizan para amortiguar activamente los péndulos. [ 14 ] Además, toda la jaula de suspensión se apoya sobre cristales piezoeléctricos. Estos cristales se utilizan para un «sistema de aislamiento sísmico activo». Este sistema mueve toda la suspensión en la dirección opuesta al movimiento del suelo, de modo que este se cancela. [ 15 ]

Óptica

Los espejos principales de GEO600 son cilindros de sílice fundida con un diámetro de 18 centímetros (7,1 pulgadas) y una altura de 10 centímetros (3,9 pulgadas) . El divisor de haz, con dimensiones de 26 centímetros (10 pulgadas) de diámetro y 8 centímetros (3,1 pulgadas) de espesor, es la única pieza óptica transmisiva en la trayectoria de alta potencia; por lo tanto, se fabricó con sílice fundida de grado especial. Su absorción se ha medido en menos de 0,25 ppm por centímetro (0,39 pulgadas) . [ 16 ]     

Avanzado

GEO600 utiliza numerosas técnicas y hardware avanzados que están previstos para su uso en la próxima generación de detectores de ondas gravitacionales terrestres:

  • Suspensiones monolíticas: Los espejos están suspendidos como péndulos. Si bien se utilizan cables de acero para los espejos secundarios, los espejos principales de GEO cuelgan de las llamadas suspensiones «monolíticas». Esto significa que los cables están hechos del mismo material que el espejo: sílice fundida. La razón es que la sílice fundida tiene menores pérdidas mecánicas, y las pérdidas generan ruido. [ 17 ]
  • Accionamientos electrostáticos: Se necesitan actuadores para mantener los espejos en su posición y alinearlos. Los espejos secundarios del GEO600 tienen imanes adheridos para este fin. Posteriormente, se pueden mover mediante bobinas. Dado que adherir imanes a los espejos aumenta las pérdidas mecánicas, los espejos principales del GEO600 utilizan accionamientos electrostáticos (ESD). Los ESD son una estructura de electrodos en forma de peine ubicada en la parte posterior del espejo. Si se aplica un voltaje a los electrodos, estos generan un campo eléctrico no homogéneo. El espejo experimentará una fuerza en este campo.
  • Sistema de actuación térmica del espejo: Un sistema de calentadores se encuentra en el espejo del extremo este. Al calentarse, aparece un gradiente térmico en el espejo y el radio de curvatura del mismo cambia debido a la dilatación térmica. Los calentadores permiten ajustar térmicamente el radio de curvatura del espejo. [ 18 ]
  • Reciclaje de señal: Un espejo adicional a la salida del interferómetro forma una cavidad resonante junto con los espejos de los extremos, aumentando así la señal potencial.
  • Detección homodina (también llamada 'lectura de CC') [ 19 ]
  • Limpiador de modo de salida (OMC): Una cavidad adicional en la salida del interferómetro, delante del fotodiodo. Su propósito es filtrar la luz que potencialmente no transporta una señal de onda gravitacional. [ 20 ]
  • Compresión : Se inyecta vacío comprimido en el puerto oscuro del divisor de haz. El uso de la compresión puede mejorar la sensibilidad del GEO600 por encima de 700  Hz en un factor de 1,5. [ 21 ]

Otra diferencia con respecto a otros proyectos es que GEO600 no tiene cavidades para los brazos.

Sensibilidad y mediciones

La sensibilidad a la deformación por ondas gravitacionales se suele medir en densidad espectral de amplitud (DEA). La sensibilidad máxima del GEO600 en esta unidad es de 2 × 10⁻²² 1 / √Hz a 600  Hz. [ 22 ] A altas frecuencias, la sensibilidad está limitada por la potencia láser disponible. En el extremo de baja frecuencia, la sensibilidad del GEO600 está limitada por el movimiento sísmico del terreno.

Investigación científica conjunta con LIGO

En noviembre de 2005, se anunció que los instrumentos LIGO y GEO iniciaron una campaña científica conjunta prolongada . [ 23 ] Los tres instrumentos (los instrumentos LIGO están ubicados cerca de Livingston , Luisiana, y en el Sitio Hanford , Washington, EE. UU.) recopilaron datos durante más de un año, con pausas para ajustes y actualizaciones. Esta fue la quinta campaña científica de GEO600. No se detectaron señales en campañas anteriores.

La primera observación de ondas gravitacionales el 14 de septiembre de 2015 fue anunciada por las colaboraciones del interferómetro LIGO y Virgo el 11 de febrero de 2016. [ 24 ] [ 25 ] Sin embargo, el interferómetro Virgo en Italia no estaba en funcionamiento en ese momento, y el GEO600 estaba en modo de ingeniería y no era lo suficientemente sensible, por lo que no pudo confirmar la señal. [ 25 ] [ 26 ] El GEO600 comenzó a tomar datos simultáneamente con Advanced LIGO el 18 de septiembre de 2015. [ 26 ]

Afirmaciones sobre las propiedades holográficas del espacio-tiempo

El 15 de enero de 2009, New Scientist informó que cierto ruido aún no identificado presente en las mediciones del detector GEO600 podría deberse a que el instrumento es sensible a fluctuaciones cuánticas extremadamente pequeñas del espacio-tiempo que afectan las posiciones de partes del detector. [ 27 ] Esta afirmación fue hecha por Craig Hogan , un científico de Fermilab , basándose en su propia teoría sobre cómo deberían ocurrir tales fluctuaciones, motivada por el principio holográfico . [ 28 ]

El artículo de New Scientist afirma que Hogan envió su predicción de "ruido holográfico" a la colaboración GEO600 en junio de 2008 y posteriormente recibió un gráfico del exceso de ruido que "era exactamente igual a mi predicción". Sin embargo, Hogan ya sabía antes que el experimento estaba detectando exceso de ruido. El artículo de Hogan publicado en Physical Review D en mayo de 2008 afirma: [ 29 ]

La concordancia aproximada entre el ruido holográfico predicho y el ruido no explicado de otro modo en GEO600 motiva una investigación más profunda.

Hogan cita una charla de 2007 de la colaboración GEO600 que ya menciona el "ruido misterioso de banda media" y donde se grafican los espectros de ruido. [ 30 ] Una observación similar se hizo en un artículo de GEO600 presentado en octubre de 2007 y publicado en mayo de 2008: [ 31 ]

En la región comprendida entre 100 Hz y 500  Hz se observa una discrepancia entre la suma no correlacionada de todas las proyecciones de ruido y la sensibilidad real observada.

Es muy común que los detectores de ondas gravitacionales encuentren ruido excesivo que posteriormente se elimina. Según Karsten Danzmann, investigador principal de GEO600, [ 27 ]

La tarea diaria de mejorar la sensibilidad de estos experimentos siempre genera cierto ruido excesivo [...]. Trabajamos para identificar su causa, eliminarlo y abordar la siguiente fuente de ruido excesivo.

Además, algunas estimaciones nuevas del nivel de ruido holográfico en interferometría muestran que debe ser mucho menor en magnitud de lo que afirmaba Hogan. [ 32 ]

Datos y Einstein@home

No solo se registra la señal del fotodiodo principal, sino también la de varios sensores secundarios, como fotodiodos que miden haces láser auxiliares, micrófonos, sismómetros, acelerómetros, magnetómetros y el rendimiento de todos los circuitos de control. Estos sensores secundarios son importantes para el diagnóstico y para detectar influencias ambientales en la señal del interferómetro. El flujo de datos se analiza parcialmente mediante el proyecto de computación distribuida « Einstein@home », un software que los voluntarios pueden ejecutar en sus ordenadores.

Desde septiembre de 2011, tanto VIRGO como los detectores LIGO fueron apagados para actualizaciones, dejando a GEO600 como el único interferómetro láser a gran escala en funcionamiento que busca ondas gravitacionales. [ 33 ] Posteriormente, en septiembre de 2015, los detectores LIGO avanzados entraron en funcionamiento y se utilizaron en la primera Operación de Observación 'O1' con una sensibilidad aproximadamente 4 veces mayor que la del LIGO inicial para algunas clases de fuentes (por ejemplo, binarias de estrellas de neutrones), y una sensibilidad mucho mayor para sistemas más grandes con su radiación máxima en frecuencias de audio más bajas. [ 34 ] Estos detectores LIGO avanzados fueron desarrollados bajo la Colaboración Científica LIGO con Gabriela González como portavoz. Para 2019, la sensibilidad de los nuevos detectores LIGO avanzados debería ser al menos 10 veces mayor que la de los detectores LIGO originales.

Véase también

Referencias

  1. 1 2 "Especificaciones GEO600" . uni-hannover.de . Consultado el 21 de febrero de 2016 .
  2. ↑ "Folleto GEO600" (PDF) . GEO600.org. Archivado del original (PDF) el 1 de marzo de 2016. Consultado el 21 de febrero de 2016 .
  3. ↑ "Historia y propósito — GEO600" . Archivado del original el 25 de septiembre de 2009. Consultado el 4 de enero de 2009 .
  4. ↑ "Marzo de 2020" .
  5. ↑ "Los detectores de ondas gravitacionales inician su próxima ronda de observación para explorar los secretos del Universo" . GEO600.org. 24 de mayo de 2023. Consultado el 14 de agosto de 2023 .
  6. ↑ "El proyecto GEO600 finalizará el 31 de diciembre de 2026" . Sitio web oficial de GEO600 . Consultado el 7 de abril de 2026 .
  7. ↑ "Una breve historia de LIGO" (PDF) . ligo.caltech.edu. Archivado del original (PDF) el 3 de julio de 2017. Consultado el 21 de febrero de 2016 .
  8. ↑ Jim Hough; Sheila Rowan (2005). "Interferometría láser para la detección de ondas gravitacionales" (PDF) . Journal of Optics A: Pure and Applied Optics . 7 (6): S257–S264. Bibcode : 2005JOptA...7S.257H . doi : 10.1088/1464-4258/7/6/001 .
  9. 1 2 3 "Rastreando el suave temblor" . Helmut Hornung . Max-Planck-Gesellschaft . 2016. Consultado el 22 de febrero de 2016 .
  10. ↑ "GEO600: Historia y propósito" . uni-hannover.de . Consultado el 21 de febrero de 2016 .
  11. ↑ Lück, H. y Grote, H. (2012). «GE600». Detector avanzado de ondas gravitacionales . Cambridge University Press. págs. 155–168 . ISBN  978-0-521-87429-8.
  12. ↑ "Historia de GEO600" . GEO600.org. Archivado del original el 2 de marzo de 2016. Consultado el 21 de febrero de 2016 .
  13. ↑ "El proyecto GEO600 finalizará el 31 de diciembre de 2026" . Sitio web oficial de GEO600 . Consultado el 7 de abril de 2026 .
  14. ↑ Gossler , Stefan; et al. (2002). "El sistema modecleaner y los aspectos de suspensión de GEO600" . Class. Quantum Grav . 19 (7): 1835–1842 . Bibcode : 2002CQGra..19.1835G . doi : 10.1088/0264-9381/19/7/382 . hdl : 11858/00-001M-0000-0013-53B6-D . S2CID 250891892 .  
  15. ↑ Plissi, MV; et al. (2000). "Sistema de suspensión de péndulo triple GEO600: Aislamiento y control sísmico". Rev. Sci. Instrum . 71 (6): 2539– 2545. Bibcode : 2000RScI...71.2539P . doi : 10.1063/1.1150645 . hdl : 11858/00-001M-0000-0012-CB66-5 . 
  16. ↑ Hild, Stefan; et al. (2006). "Medición de una muestra de sílice fundida reducida con OH de baja absorción" . Applied Optics . 45 (28): 7269– 72. Bibcode : 2006ApOpt..45.7269H . doi : 10.1364/AO.45.007269 . hdl : 11858/00-001M-0000-0013-4C28-4 . PMID 16983413 .  
  17. ↑ "GEO600.org" . Página web de GEO600 . Archivado del original el 21 de abril de 2016. Consultado el 21 de diciembre de 2015 .
  18. ↑ Lueck, H; et al. (2004). "Corrección térmica de los radios de curvatura de los espejos para GEO600" . Class. Quantum Grav . 21 (5): S985– S989. Bibcode : 2004CQGra..21S.985L . doi : 10.1088/0264-9381/21/5/090 . hdl : 11858/00-001M-0000-0013-5129-E . S2CID 250885733 .  
  19. ↑ Hild, Stefan; et al. (2009). "Lectura de CC de un detector de ondas gravitacionales con reciclaje de señal". Class. Quantum Grav . 26 (5) 055012. arXiv : 0811.3242 . Bibcode : 2009CQGra..26e5012H . doi : 10.1088/0264-9381/26/5/055012 . S2CID 17485217 .  
  20. ↑ Prijatelj, Miro; et al. (2012). "El limpiador de modo de salida de GEO600". Class. Quantum Grav . 29 (5) 055009. Bibcode : 2012CQGra..29e5009P . doi : 10.1088/0264-9381/29/5/055009 . hdl : 11858/00-001M-0000-000E-B049-5 . S2CID 110048546 .  
  21. ↑ La colaboración científica LIGO (2011). "Un observatorio de ondas gravitacionales que opera más allá del límite de ruido de disparo cuántico". Nature Physics . 7 (12): 962– 965. arXiv : 1109.2295 . Bibcode : 2011NatPh...7..962L . doi : 10.1038/nphys2083 . S2CID 209832912 . 
  22. ↑ "Sensibilidad del GEO600" . Archivado del original el 26 de julio de 2013. Consultado el 17 de mayo de 2013 .
  23. ↑ Informes bienales 2004/05 Instituto Max Planck de Física Gravitacional (PDF) . aei.mpg.de. 2005. pág. 37. Archivado del original (PDF) el 3 de marzo de 2016. Consultado el 21 de febrero de 2016 . 
  24. ↑ Abbott, Benjamin P.; et al. (Colaboración Científica LIGO y Colaboración Virgo) (2016). "Observación de ondas gravitacionales de la fusión de un agujero negro binario". Phys. Rev. Lett. 116 (6) 061102. arXiv : 1602.03837 . Bibcode : 2016PhRvL.116f1102A . doi : 10.1103/PhysRevLett.116.061102 . PMID 26918975 . S2CID 124959784 .   
    • "Observación de ondas gravitacionales de la fusión de un sistema binario de agujeros negros" (PDF) . Colaboración científica LIGO .
  25. 1 2 Castelvecchi, Davide; Witze, Alexandra (11 de febrero de 2016). "Se han encontrado por fin las ondas gravitacionales de Einstein" . Nature News . doi : 10.1038/nature.2016.19361 . S2CID 182916902. Consultado el 11 de febrero de 2016 . 
  26. 1 2 GEO600: Los detectores LIGO avanzados comienzan su primera ronda de observación. Archivado el 24/02/2016 en Wayback Machine .
  27. 1 2 New Scientist - Nuestro mundo podría ser un holograma gigante
  28. ↑ Hogan, Craig J.; Mark G. Jackson (junio de 2009). "Geometría holográfica y ruido en la teoría de matrices". Phys. Rev. D. 79 ( 12) 124009. arXiv : 0812.1285 . Bibcode : 2009PhRvD..79l4009H . doi : 10.1103/PhysRevD.79.124009 . S2CID 15035175 . 
  29. ↑ Hogan, Craig J. (2008). "Medición de fluctuaciones cuánticas en geometría". Phys. Rev. D . 77 (10) 104031. arXiv : 0712.3419 . Bibcode : 2008PhRvD..77j4031H . doi : 10.1103/PhysRevD.77.104031 . S2CID 119087922 . 
  30. ↑ "Copia archivada" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 21 de julio de 2011. Recuperado el 2 de marzo de 2009 .{{cite web}}: CS1 maint: copia archivada como título ( enlace ) Charla de K. Strain "El estado de GEO600"
  31. ↑ Grote, H; Colaboración Científica LIGO (7 de junio de 2008). "El estado de GEO 600" . Gravedad Clásica y Cuántica . 25 (11) 114043. Bibcode : 2008CQGra..25k4043G . doi : 10.1088/0264-9381/25/11/114043 . ISSN 0264-9381 . 
  32. ↑ Smolyaninov, Igor I. (abril de 2009). "Nivel de ruido holográfico en interferometría". Phys. Rev. D . 78 (8) 087503. arXiv : 0903.4129 . Bibcode : 2009PhRvD..79h7503S . doi : 10.1103/PhysRevD.79.087503 . S2CID 119114750 . 
  33. ↑ "Hoja de ruta de GWIC, pág. 65" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 23 de febrero de 2016. Consultado el 17 de mayo de 2013 .
  34. ↑ Aasi, J (9 de abril de 2015). "Advanced LIGO". Classical and Quantum Gravity . 32 (7) 074001. arXiv : 1411.4547 . Bibcode : 2015CQGra..32g4001L . doi : 10.1088/0264-9381/32/7/074001 . S2CID 118570458 . 
  • Página principal de GEO600 , el sitio web oficial del proyecto GEO600.
  • El Cardiff Gravity Group, archivado el 1 de mayo de 2013 en la Wayback Machine , es una página que describe la investigación en la Universidad de Cardiff en Gales , incluida la colaboración en el proyecto GEO 600, e incluye una excelente lista de tutoriales sobre radiación de ondas gravitacionales.
  • Amos, Jonathan. La ciencia para aprovechar las ondas gravitacionales . 8 de noviembre de 2005. BBC News .
  • La revista LIGO , publicada dos veces al año por la Colaboración Científica LIGO, detalla las últimas investigaciones, noticias y personalidades de su diverso grupo de miembros. Está disponible en formato PDF para su descarga gratuita desde este sitio web.