더 크고 더 나은 공간

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우주에서 공간을 흔드는 잔물결에 대한 검색이 크게 향상되었습니다. 더 크고 더 나은 중력파 탐지기를 구축하기 위한 MIT 주도의 노력은 국립과학재단(National Science Foundation)으로부터 향후 3년 동안 900만 달러를 받게 될 것입니다. 자금 투입은 초기 우주에서부터 시공간의 파문을 포착할 것으로 예상되는 차세대 중력파 관측소인 Cosmic Explorer의 설계 단계를 지원할 것입니다. 이를 위해 천문대의 감지기는 작은 도시 전체에 걸쳐 설치될 계획입니다.

관측소의 개념 설계는 MIT와 Caltech에서 운영하는 레이저 간섭계 중력파 관측소인 LIGO의 검출기를 본뜬 것입니다. LIGO는 같은 지점에서 두 개의 별도 터널을 따라 내려갔다가 다시 돌아오는 두 개의 레이저의 타이밍을 측정하여 중력파를 "수신"합니다. 도착 시간의 차이는 중력파가 L자형 탐지기를 통과했다는 신호일 수 있습니다. LIGO에는 미국 내 서로 다른 위치에 위치한 두 개의 쌍둥이 탐지기가 포함되어 있습니다. 유사한 탐지기 세트인 Virgo가 이탈리아에서 운영되고 있으며, 세 번째 탐지기인 KAGRA는 일본에서 운영되고 있습니다.

이 기존 탐지기 네트워크는 며칠마다 블랙홀과 중성자별 병합과 같은 중력파 소스의 잔물결을 포착합니다. 과학자들은 우주 탐험가가 몇 분마다 그 속도를 신호까지 올려야 한다고 믿습니다. 이러한 탐지에서 나오는 과학은 우주론의 가장 큰 질문에 대한 답을 제공할 수 있습니다.

MIT 뉴스는 Cosmic Explorer의 전무이사인 MIT 물리학과 교수인 매튜 에반스(Matthew Evans)와 공동 연구 책임자인 MIT 물리학과 부교수인 살바토레 비탈레(Salvatore Vitale)와 함께 초기 우주에서 듣고 싶은 이야기를 들어봤습니다.

큐:Cosmic Explorer에 대한 일반적인 아이디어를 살펴보세요. 무엇이 이를 중력파의 "차세대" 탐지기로 만들까요?

에반스: Cosmic Explorer는 어떤 의미에서는 거대한 LIGO입니다. LIGO 감지기의 길이는 각 팔의 길이가 4km이고, Cosmic Explorer의 한 측면 길이는 40km로 10배 더 큽니다. 그리고 중력파로부터 우리가 얻는 신호는 본질적으로 탐지기의 크기에 비례합니다. 이것이 바로 이 것들이 그렇게 큰 이유입니다.

어느 정도까지는 클수록 좋습니다. 어느 시점에서 감지기의 길이를 들어오는 중력파의 파장과 일치시켰습니다. 그리고 계속해서 더 크게 만들면 과학적 성과 측면에서 수익이 실제로 감소합니다. 또한 그렇게 큰 탐지기를 구축할 수 있는 장소를 찾는 것도 어렵습니다. 너무 커지면 감지기의 레이저 빔이 직선으로 이동해야 하기 때문에 지구의 곡률이 문제가 되기 시작하고, 감지기가 너무 커서 지구와 곡선을 이루어야 하는 경우에는 불가능합니다.

가능한 사이트를 찾는 측면에서 다행스럽게도 현재는 LIGO에 대한 사이트를 조사하던 1980년대와 달리 디지털 방식으로 사용할 수 있는 공개 데이터가 많이 있습니다. 따라서 우리는 미국에서 잠재적인 후보 사이트를 검색할 수 있는 첫 번째 알고리즘 검색 버전을 이미 보유하고 있습니다. 우리는 약간의 굴착을 피하기 위해 약간 평평하지만 고도 측면에서 약간 그릇 모양인 장소를 찾고 있습니다. 그리고 우리는 도시 한가운데나 호수, 산속이 아닌, 인구 밀집 지역에서 너무 멀지 않은 곳을 찾고 있어 과학자들이 드나들 수 있는 곳을 찾고 있습니다. 우리의 첫 번째 순회 쇼는 특히 미국 서부 지역에 잠재적인 후보가 있음을 보여줍니다.