Detector de ondas gravitacionales Kamioka

El Detector de Ondas Gravitacionales de Kamioka ( KAGRA ) es un experimento de física a gran escala diseñado para detectar ondas gravitacionales predichas por la teoría general de la relatividad . Está ubicado bajo tierra en el Observatorio de Kamioka, cerca del barrio de Kamioka en la ciudad de Hida , prefectura de Gifu, Japón . KAGRA es un interferómetro de Michelson con un brazo de 3 km de longitud y está diseñado para poder observar eventualmente señales de ondas gravitacionales provenientes de fusiones de estrellas de neutrones binarias a una distancia de hasta ~150 Mpc . ^{[ 1 ]}

KAGRA es operado por el Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos (ICRR) de la Universidad de Tokio , la Organización de Investigación de Aceleradores de Alta Energía (KEK) y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) junto con colaboradores de varias otras instituciones científicas. ^{[ 2 ]} Forma parte de la colaboración más amplia LVK junto con LIGO y Virgo .

KAGRA fue concebido a finales de la década de 1990 y aprobado formalmente en 2010. Su construcción finalizó en 2019 y comenzó a observar en 2020. ^{[ 1 ]} Es el primer observatorio de ondas gravitacionales de Asia, el primero del mundo construido bajo tierra y el primero cuyo detector utiliza espejos criogénicos. Estos espejos reducen el ruido térmico, mientras que su ubicación subterránea disminuye significativamente el ruido de las ondas sísmicas en la superficie terrestre, que predomina en LIGO y Virgo a bajas frecuencias. Se espera que eventualmente alcance una sensibilidad operativa igual a la de LIGO y Virgo. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

KAGRA participó en la fase de observación O3 de LIGO y Virgo en 2019 y 2020, y en O4a durante un mes en 2023 antes de volver a la fase de puesta en marcha. El experimento sufrió daños en el terremoto de Noto de 2024 , pero se recuperó lo suficiente como para participar en O4c en 2025. ^{[ 5 ]}

KAGRA se conocía inicialmente como el Telescopio de Ondas Gravitacionales Criogénicas a Gran Escala ( LCGT ). El proyecto LCGT fue aprobado el 22 de junio de 2010. En enero de 2012, se le dio su nuevo nombre, KAGRA, derivado de "KA" por su ubicación en la mina Kamioka y "GRA" por gravedad y radiación gravitacional . ^{[ 6 ]} La palabra KAGRA también es un juego de palabras homófono con Kagura (神楽), que es una danza ritual dedicada a los dioses en los santuarios sintoístas japoneses . El proyecto está dirigido por el premio Nobel Takaaki Kajita, quien tuvo un papel importante en la obtención de la financiación y construcción del proyecto. ^{[ 7 ]} Se estimó que el proyecto costaría alrededor de 200 millones de dólares estadounidenses. ^{[ 8 ]}

Se construyeron dos detectores prototipo para desarrollar las tecnologías necesarias para KAGRA. El primero, TAMA 300 , se ubicó en Mitaka, Tokio , y operó entre 1998 y 2008, demostrando la viabilidad de KAGRA. El segundo, CLIO , comenzó a operar en 2006 bajo tierra, cerca del emplazamiento de KAGRA. Se utilizó para desarrollar tecnologías criogénicas para KAGRA.

El detector está alojado en un par de  túneles de brazo de 3 km de longitud que se unen en un ángulo de 90° en el plano horizontal, ubicados a más de 200  m bajo tierra. Los túneles fueron excavados con una pendiente de 1/300 para drenar el agua de manantial. ^{[ 9 ]} La fase de excavación de los túneles comenzó en mayo de 2012 y finalizó el 31 de marzo de 2014. ^{[ 1 ]}

La construcción de KAGRA se completó el 4 de octubre de 2019. ^{[ 10 ]} KAGRA comenzó oficialmente su primera ronda de observación el 25 de febrero de 2020, durante LIGO y Virgo's O3, alcanzando un rango de sensibilidad máximo de aproximadamente 600 kpc, antes de pausar la operación durante un mes para realizar una serie de ajustes al detector. Reanudó la operación durante otras 2 semanas en abril de 2020, durante las cuales alcanzó una sensibilidad máxima de alrededor de 1 Mpc. ^{[ 1 ]} Posteriormente, KAGRA participó en O4a en 2023, pero sufrió daños significativos en la óptica y otros componentes como resultado del terremoto de Noto de 2024. [ ^{11 ] Se} recuperó lo suficiente como para reincorporarse para partes de O4c en 2025, alcanzando una sensibilidad máxima de alrededor de 7 Mpc. ^{[ 5 ]}

Después de las operaciones de ajuste iniciales, la primera ronda de observación comenzó el 25 de febrero de 2020. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Debido a la COVID-19 , la ronda de observación terminó el 21 de abril de 2020. ^{[ 14 ]} La sensibilidad durante esta ronda fue de solo 660 kpc (rango de espiral de estrella de neutrones binaria). ^{[ 15 ]} Esto es menos del 1% de la sensibilidad de LIGO durante la misma ronda, y alrededor del 10% de la sensibilidad esperada de KAGRA para la ronda. ^{[ 16 ]} Aunque la sensibilidad no ha alcanzado el nivel planeado de 25-130 Mpc para la ronda de observación O4, ^{[ 3 ]} KAGRA se unió a O4b el 25 de mayo de 2023 con una sensibilidad de 1 Mpc. ^{[ 17 ]}

• Búsqueda interferométrica de ondas gravitacionales desde tierra con LIGO, Virgo y KAGRA.
• TAMA300 , un prototipo inicial en Japón.
• CLIO , un prototipo actual que está desarrollando tecnologías criogénicas.
• DECIGO , un interferómetro espacial propuesto por Japón.

• Página oficial (en inglés)
• Registro del experimento KAGRA en INSPIRE-HEP