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레이저 간섭계 중력파 관측소

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1. 개요

레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)는 중력파를 직접 관측하기 위한 시설로, 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 검증하는 데 기여한다. 1960년대부터 아이디어가 제시되었으며, 2002년 탐사를 시작했지만, 2002년부터 2010년까지는 중력파를 검출하지 못했다. 이후 Advanced LIGO로 업그레이드하여 2015년 중력파 검출에 성공했으며, 2017년에는 라이너 바이스, 배리 배리시, 킵 손이 노벨 물리학상을 수상했다. LIGO는 두 개의 관측소(LIGO 리빙스턴 관측소, LIGO 핸포드 관측소)로 운영되며, 향후 LIGO-인도, A+, LIGO 보이저, Cosmic Explorer 등의 업그레이드 및 확장을 계획하고 있다.

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레이저 간섭계 중력파 관측소
기본 정보
LIGO의 핸퍼드 제어실
LIGO의 핸퍼드 제어실
명칭레이저 간섭계 중력파 관측소
원어 명칭영어: Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory
위치
위치 정보LIGO 핸퍼드 관측소: 경도:-119.407656
LIGO 리빙스턴 관측소: 경도:-90.774242
상세 위치핸퍼드 사이트, 워싱턴주
리빙스턴, 루이지애나주, 미국
운영
운영 조직LIGO 과학 협력
파장43–10000 km (30–7000 Hz)
관측 시작 연도2002년 8월 23일
형태레이저 마이켈슨 간섭계
기술 정보
간섭계 암 길이4,000 m (13,123 ft 4 in)
기타
관련 연구 분야중력파 관측
웹사이트LIGO 공식 웹사이트

2. 역사

thumb과 같은 위성 탑재 검출기나 와 같은 펄서 타이밍 배열의 선은 왼쪽에 위치한다. 천체 물리학적 잠재 원인의 특징적인 왜곡도 나타난다. 신호의 특징적인 왜곡을 검출하기 위해서는 노이즈 곡선 위에 있어야 한다[129]。]]

LIGO의 계획 목표는 우주에서 기원한 중력파의 직접 관측이었다. 중력파는 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 처음 제안되었으며, 발표된 1916년 당시에는 검출에 필요한 기술이 존재하지 않았다. 중력파의 존재는 1974년에 펄서 쌍성계의 PSR B1913+16이 아인슈타인이 제안한 중력 방사에 의한 에너지 손실 예측과 일치하여 궤도 감쇠하는 것이 관측됨으로써 간접적으로 확인되었다. 이 발견을 기념하여 러셀 헐스와 조셉 테일러에게 노벨상이 수여되었다[130]

중력파의 직접 검출을 위한 노력은 오랫동안 지속되어 왔다. 1974년의 발견은 전자기 망원경과 중성미자 관측소를 보완하는 천문학의 새로운 분야를 열었다. 1960년대, 조셉 웨버는 공진형 질량 바 검출 장치를 사용하여 직접 중력파 검출을 위한 선구적인 연구를 시작했다. 바 검출 장치는 전 세계 6곳에서 계속 사용되었다. 1970년대, 로버트 L. 포워드 등의 연구자들은 중력파 측정에 레이저 간섭법을 적용하는 데 성공했다. 포워드는 1970년대 초에 휴즈 항공 연구소(Hughes Aircraft)에서 간섭형 검출기를 운영했다[131]

사실 1960년대나 그 이전에도 빛과 중력파의 파동 공진에 대해 발표된 논문이 존재했다[132]。1971년, 고주파 중력파의 검출에 이 공진을 이용한 방식에 대한 연구가 발표되었다. 1962년, M.E. 겔첸슈타인과 V.I. 푸스토보이트는 초장파장 중력파 검출을 위한 간섭계 이용의 원리를 설명하는 최초의 논문을 발표했다[133]。저자는 간섭계의 이용으로 전자 기계 장치에 비해 감도가 107에서 1010배 향상될 것이라고 주장했다. 1965년, 는 중력파원과 그 검출 가능성에 대해 폭넓게 논했다. 그는 1962년 논문에서 간섭에 관한 기술과 계측의 향상에 의한 중력파 검출 가능성을 지적하고 언급했다.

2002년 8월, LIGO는 우주 중력파의 탐사 관측을 시작했다. 쌍성계의 중성자별이나 블랙홀의 충돌 및 합체, 중성자별이나 블랙홀을 형성할 정도의 무거운 별의 초신성 폭발, 중성자별의 강착, 변형 크러스트와 중성자별의 회전, 빅뱅에 의해 형성된 중력파의 잔재 등에서 중력파 방출을 측정할 것으로 기대하고 있다. 관측소는 이론상, 우주 끈 진동이나 에 의한 중력파와 같은 더욱 많은 이국적인 가상 파노라마를 관측할 수 있다. 1990년대 이후, 물리학자들은 천체 물리학적 관심사였던 중력파의 검출이 가능한 수준까지 기술 수준이 도달했다고 생각하게 되었다[134]

2002년부터 2010년까지의 LIGO 운용에서는 중력파를 검출할 수 없었다. 이 때문에 시설을 수년간 중단하고, 검출 감도를 훨씬 높인 Advanced LIGO 검출기로 교체했다[135]。2015년 2월, 루이지애나주워싱턴주핸퍼드 사이트(Hanford Site)의 2곳에 설치된 개량형 검출기가 엔지니어링 모드로 전환되었다[136]。2015년 9월 18일, 검출 감도를 4배로 높인 Advanced LIGO에 의한 첫 번째 공식 과학 관측을 시작했다[137]。이 검출 감도는 2021년경 설계 감도에 도달할 때까지 더욱 향상될 예정이다[138]

2. 1. 배경

LIGO의 개념은 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 한 요소인 중력파의 존재를 증명하기 위한 많은 과학자들의 초기 연구를 기반으로 구축되었다.[21][176] 1960년대부터 조셉 웨버를 비롯한 미국 과학자들과 미하일 게르첸슈테인, 블라디슬라프 푸스토보이트와 같은 소련 과학자들은 레이저 간섭계의 기본 아이디어와 프로토타입을 구상했다.[176][177] 1962년, M.E. 겔첸슈타인과 V.I. 푸스토보이트는 초장파장 중력파 검출을 위한 간섭계 이용의 원리를 설명하는 최초의 논문을 발표했다.[133] 1967년 MIT의 라이너 바이스는 간섭계 사용에 대한 분석을 발표하고 군사 자금으로 프로토타입 건설을 시작했지만, 작동하기 전에 중단되었다.[23][178] 1968년부터 킵 손캘리포니아 공과대학교(Caltech)에서 중력파와 그 근원에 대한 이론적 연구를 시작했고, 중력파 검출이 결국 성공할 것이라고 확신했다.[21][176]

1970년대에 MIT의 바이스는 빛이 여러 번 반사되는 자유 스윙 거울을 장착한 간섭계 프로토타입을 제작했다.[24][179] 그 외에도, 독일 가칭의 하인즈 빌링과 동료들, 스코틀랜드 글래스고의 로널드 드레버, 제임스 휴와 동료들이 간섭계 프로토타입을 제작했다.[179]

1980년, NSF는 MIT(폴 린제이, 피터 솔슨, 라이너 와이스)가 주도하는 대형 간섭계 연구에 자금을 지원했고, 이듬해 캘리포니아 공과대학교는 40미터 프로토타입(로널드 드레버와 스탠 휘트컴)을 건설했다. MIT 연구는 1킬로미터 규모의 간섭계가 적절한 감도를 가질 수 있음을 입증했다.[21][25][176][180]

NSF의 압력으로 MIT와 캘리포니아 공과대학교는 MIT 연구와 캘리포니아 공과대학교, MIT, 글래스고, 가르칭의 실험적 연구를 기반으로 한 LIGO 프로젝트를 이끌기 위해 협력할 것을 요청받았다. 드레버, 손, 와이스는 LIGO 운영위원회를 구성했지만, 1984년과 1985년에 자금 지원을 거부당했다. 1986년까지 운영위원회 해산을 요청받았고, 단일 책임자 로쿠스 E. 보그트(캘리포니아 공과대학교)가 임명되었다. 1988년, 연구 개발 제안이 자금 지원을 받았다.[21][25][176][180][26][181][27][182][28][183][29][184]

1989년부터 1994년까지 LIGO는 기술적, 조직적으로 진전을 이루지 못했다. 자금 확보를 위한 정치적 노력만이 계속되었다.[21][176][30][185] 1991년까지 지속적인 자금 지원이 거부되었고, 이때 미국 의회(U.S. Congress)는 LIGO에 첫 해에 2,300만 달러를 지원하기로 합의했다. 그러나 자금 수령 요건이 충족되거나 승인되지 않았고, NSF는 프로젝트의 기술적, 조직적 기반에 의문을 제기했다.[26][27][181][182] 1992년까지 LIGO는 재편되었고, 드레버는 더 이상 직접적으로 참여하지 않았다.[21][176][30][185][31][186][32][187] 프로젝트에 대한 NSF 검토에서 지속적인 프로젝트 관리 문제와 기술적 우려가 드러나, 1993년에 공식적으로 지출을 동결할 때까지 자금 지원이 보류되었다.[21][176][30][185][33][188][34][189]

1994년, 관련 NSF 직원, LIGO의 과학 리더, MIT 및 캘리포니아 공과대학교 총장 간의 협의 후, 보그트가 사임하고 배리 배리시(캘리포니아 공과대학교)가 연구소장으로 임명되었으며,[21][176][31][186][35][190] NSF는 LIGO가 지원을 받을 마지막 기회를 얻었다는 점을 분명히 했다.[30][185] 배리시 팀은 이전 제안보다 40%를 초과하는 예산으로 새로운 연구, 예산, 프로젝트 계획을 만들었다. 배리시는 NSF와 국립과학재단에 초기 LIGO에서 중력파를 감지할 수 있고, 고급 LIGO에서 중력파를 감지할 가능성이 있는 진화하는 검출기로 LIGO를 건설할 것을 제안했다.[36][191] 이 새로운 제안은 NSF 자금을 지원받았고, 배리시는 주요 연구자로 임명되었으며, 증액이 승인되었다. 1994년, 3억 9,500만 달러의 예산으로 LIGO는 역사상 가장 많은 자금을 지원받는 NSF 프로젝트가 되었다. 1994년 말 워싱턴주 핸포드와 1995년 루이지애나주 리빙스턴에서 프로젝트가 시작되었다. 1997년 건설이 완료됨에 따라 배리시의 리더십 아래 LIGO 연구소와 LIGO 과학 협력단(LSC)이라는 두 개의 조직이 결성되었다. LIGO 연구소는 LIGO 운영 및 고급 R&D에 따라 NSF가 지원하는 시설로 구성되며, 여기에는 LIGO 검출기 및 테스트 시설 관리가 포함된다. LIGO 과학 협력단은 LIGO의 기술 및 과학 연구를 조직하기 위한 포럼이다. LIGO 연구소와 별개의 조직으로 자체 감독을 받는다. 배리시는 와이스를 이 과학 협력단의 첫 번째 대변인으로 임명했다.[21][26][176][181]

2. 2. LIGO 프로젝트의 시작과 발전

1960년대부터 조셉 웨버를 비롯한 미국 과학자들과 소련 과학자 미하일 게르첸슈타인과 블라디슬라프 푸스토비트는 중력파의 존재를 테스트하기 위한 레이저 간섭계의 기본 아이디어와 프로토타입을 구상했다.[176][177] 1967년 MIT의 라이너 바이스는 간섭계 사용에 대한 분석을 발표하고 군사 자금으로 프로토타입 제작을 시작했지만 작동하기도 전에 종료되었다.[178] 1968년부터 킵 손은 칼텍에서 중력파와 그 근원에 대한 이론적 연구를 시작했고, 중력파 탐지가 결국 성공할 것이라고 확신했다.[176]

LIGO 핸포드 관측소


LIGO 리빙스턴 관측소


1980년 미국 국립과학재단(NSF)은 MIT(폴 린제이, 피터 사울슨 및 라이너 바이스)가 주도한 대형 간섭계 연구에 자금을 지원했고, 이듬해 칼텍은 40미터 프로토타입을 제작했다(로널드 드레버, 스탠 휘트콤).[176][180] MIT 연구는 적절한 감도를 가진 1km 규모의 간섭계가 가능하다는 것을 입증했다. NSF의 압력에 따라 MIT와 칼텍은 LIGO 프로젝트를 이끌기 위해 힘을 합쳐야 한다는 요청을 받았다. 드레버, 손 및 바이스는 1984년과 1985년에 연구비 지원을 거절당했지만 LIGO 운영위원회를 구성했다. 1986년, 그들은 운영위원회를 해체하라는 요청을 받았고, 로커스 보그트(칼텍)가 단 한 명의 책임자로 임명되었다. 1988년, 연구 개발 제안으로 자금이 확보되었다.[176][180][181][182][183][184]

1989년부터 1994년까지 LIGO는 기술적, 조직적으로 발전하지 못했고, 정치적 노력만이 계속해서 자금을 확보했다.[176][185] 1991년 미국 의회가 첫해에 LIGO에 2,300만 달러를 지원하기로 합의했지만, 자금 지원 요구 사항이 충족되지 않거나 승인되지 않아 NSF는 프로젝트의 기술적 및 조직적 기반에 의문을 제기했다.[181][182] 1992년까지 LIGO는 구조 조정되었고,[176][185][186][187] 1993년에는 공식적으로 지출이 동결될 때까지 자금이 보류되었다.[176][185][188][189]

1994년, 관련 NSF 직원, LIGO의 과학 지도자, MIT와 칼텍 총장 간의 협의 끝에 보그트는 물러나고 배리 배리시(칼텍)가 연구 책임자로 임명되었고,[176][186][190] NSF는 LIGO에 마지막 지원 기회가 있음을 분명히 했다.[185] 배리시의 팀은 이전 제안보다 40% 초과하는 예산으로 새로운 연구, 예산 및 프로젝트 계획을 수립했다. 배리시는 NSF와 미국 국립과학위원회에 초기 LIGO로 중력파를 검출할 수 있을 것이며, 또한 첨단 LIGO로 중력파를 검출할 가능성이 큰, 진화형 검출기로서 LIGO를 건설할 것을 제안했다.[191] 이 새로운 제안은 NSF의 지원을 받았고, 배리시는 연구 책임자로 임명되었으며, 예산 증액이 승인되었다. 1994년, 3억 9,500만 달러의 예산이 투입된 LIGO는 역사상 가장 많은 자금이 지원된 NSF 프로젝트로 기록되었다. 이 프로젝트는 1994년 말 워싱턴주 핸포드에서, 1995년 루이지애나주 리빙스턴에서 착공되었다. 1997년 완공이 임박하면서 배리시의 지휘 아래 LIGO 연구소와 LIGO 과학 협력(LSC)이 설립되었다. LIGO 연구소는 LIGO 운영 및 첨단 연구개발에 따라 NSF가 지원하는 시설로 구성되어 있으며, 여기에는 LIGO 검출기 및 테스트 시설의 관리가 포함된다. LIGO 과학 협력은 LIGO의 기술 및 과학 연구를 조직하기 위한 포럼이다. LIGO 연구소와 별개의 조직으로 자체적인 감독을 받는다. 배리시는 바이스를 이 과학 협력의 첫 번째 대변인으로 임명했다.[176][181]

2. 3. 관측 시작과 중력파 검출

2002년부터 2010년까지 초기 LIGO 운영에서는 중력파를 감지하지 못했다.[192][193] 2004년, 배리 배리시의 지휘 아래 다음 단계의 LIGO 개발("강화 LIGO")을 위한 자금과 토대가 마련되었다.[37][38] 그 후 수년간의 가동 중단이 있었고, 검출기는 훨씬 개선된 "첨단 LIGO" 버전으로 교체되었다.[192][193] LIGO/aLIGO 기계의 연구 개발 작업의 대부분은 독일 하노버의 GEO600 검출기를 위한 선구적인 작업을 기반으로 했다.[194][195] 2015년 2월까지 두 곳에서 검출기가 엔지니어링 모드로 전환되었다.[196]

2015년 9월 중순까지 "세계 최대의 중력파 시설"은 총 6억 2천만 달러의 비용으로 5년 동안 2억 달러의 정밀 검사를 완료했다.[197][198] 2015년 9월 18일, 첨단 LIGO는 초기 LIGO 간섭계 감도의 약 4배로 첫 공식 과학 관측을 시작했다.[199] 감도는 2021년경 설계 감도에 도달할 때까지 더욱 향상될 예정이었다.[200]

2016년 2월 11일, LIGO 과학 협력과 VIRGO 협력은 지구에서 약 13억 광년 떨어진 곳에서 합쳐진 30~40억 광년의 태양 질량 블랙홀 두 개에서 2015년 9월 14일 09:51 UTC에 감지된 신호에서 중력파가 검출되었다는 논문을 발표했다.[46][201][230] 데이비드 라이체David Reitze 현 최고 책임자는 워싱턴 D.C.에서 열린 미디어 행사에서 이 연구 결과를 발표했고, 배리 배리시 명예 최고 책임자는 이 연구 결과를 담은 첫 번째 과학 논문을 물리학계에 발표했다.[202]

2016년 5월 2일, 중력파의 직접 검출에 기여한 공로로 LIGO 과학 협력(LIGO Scientific Collaboration)과 다른 공헌자들이 기초물리학 브레이크스루 상을 수상했다.[48][203]

2016년 6월 16일 LIGO는 태양 질량의 14.2배와 7.5배인 두 개의 블랙홀이 병합된 두번 째 신호가 감지되었다고 발표했다. 이 신호는 2015년 12월 26일 UTC 3:38에 포착되었다.

31.2와 19.4 태양 질량의 물체 사이의 세 번째 블랙홀 병합이 2017년 1월 4일에 발생하여 2017년 6월 1일에 발표되었다.[49][204][205] 로라 카도나티Laura Cadonati가 첫 번째 부대변인으로 임명되었다.[206]

30.5와 25.3 태양 질량의 천체간의 네 번째 블랙홀 병합이 2017년 8월 14일에 관측되어 2017년 9월 27일에 발표되었다.[207]

2017년 바이스, 배리시은 "LIGO 검출기와 중력파 관측에 결정적인 기여를 한 공로"로 노벨 물리학상을 수상했다. 바이스는 전체 상금의 절반을, 배리시와 손은 각각 4분의 1을 받았다.[208][209][210]

개선 작업을 위해 가동을 중단했던 LIGO는 2019년 3월 26일 가동을 재개했고, VIRGO가 2019년 4월 1일에 중력파 검출기 네트워크에 합류했다.[211] 둘 다 COVID-19 범유행으로 가동이 중단된 2020년 3월 27일까지 가동되었다.[172] COVID 중단 기간 동안 LIGO는 감도를 추가로 업그레이드했으며 새로운 감도로 O4 실행을 2023년 5월 24일부터 시작했다.[173]

핸포드 LIGO 간섭계의 웨스턴 레그

3. 임무

LIGO의 임무는 우주에서 오는 중력파를 직접 관측하는 것이다.[213][58] 중력파는 1916년 아인슈타인일반 상대성이론에서 처음 예측되었으나, 당시에는 이를 탐지할 기술이 부족했다.[213][58] 1974년 쌍성 펄서 PSR 1913+16의 관측을 통해 중력파의 존재가 간접적으로 확인되었고, 이 발견으로 1993년 헐스테일러노벨 물리학상을 수상했다.[213][58]

중력파 직접 검출은 오랫동안 추구되어 왔다. 조셉 웨버는 1960년대 공진 질량 막대 검출기 연구를 통해 중력파 검출 노력을 개척했다.[214][59] 1970년대 라이너 바이스 등 과학자들은 레이저 간섭계가 중력파 측정에 적합함을 인지했고, 로버트 포워드는 휴즈에서 간섭계 검출기를 운영했다.[214][59] 1960년대에는 빛과 중력파의 파동 공명에 대한 논문이 발표되었고,[215][60] 1962년 M. E. 게르첸슈타인과 V. I. 푸스토비트는 간섭계를 사용한 중력파 검출 원리를 설명하는 최초의 논문을 발표했다.[216][61] 브라긴스키는 1965년 중력파 검출 가능성을 논하며 간섭계 기술 발전을 언급했다.[61]

1990년대 초, 물리학자들은 천체물리학적으로 중요한 중력파 검출 기술이 충분히 발전했다고 판단했다.[217][62] 2002년 8월 LIGO는 중력파 탐색을 시작했다. 중력파는 쌍성계( 중성자별 또는 블랙홀 충돌 및 병합), 초신성 폭발, 중성자별 강착, 변형된 지각을 가진 중성자별 회전, 빅뱅의 잔재 등에서 발생할 것으로 예상된다.[57] LIGO는 우주 끈이나 도메인 벽 충돌과 같은 가설적 현상도 관측할 수 있다.

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중력파 관측은 전자기파 관측이나 중성미자 관측과 함께 다중 신호 천문학의 발전에 기여하며, 천문학의 새로운 지평을 열었다.

4. 관측소

LIGO는 두 개의 관측소로 구성되어 있는데, 하나는 루이지애나주 리빙스턴에 있는 LIGO 리빙스턴 관측소()이고, 다른 하나는 워싱턴주 리치랜드 근처 핸포드 부지에 있는 LIGO 핸포드 관측소()이다.[218][63] 두 관측소는 직선 거리로 3,002km 떨어져 있으며, 중력파는 빛의 속도로 이동하기 때문에 중력파 도달 시간은 최대 10밀리초 차이가 난다.[218] 이 도달 시간 차이를 이용하여 중력파원의 위치를 파악할 수 있으며, 유럽의 VIRGO와 같은 제3의 관측소가 추가되면 삼변측량을 통해 정확성이 더욱 향상된다.[218][63][139]

각 관측소는 L자형 초고진공 시스템(Ultra-high vacuum)을 갖추고 있으며, 각 변의 길이는 4km이다.[218][63] 각 진공 시스템에는 최대 5개의 간섭계를 설치할 수 있다.[218][63]

LIGO 리빙스턴 관측소에는 기본 구성으로 하나의 레이저 간섭계가 있다.[218][63] 이 간섭계는 2004년에 유압 액추에이터 기반의 능동형 제진 시스템으로 업그레이드되어 0.1-5 Hz 대역에서 10배의 제진율을 제공하며, 이 대역의 지진 진동은 주로 미세 지진(microseism) 파동과 인위적인 원인(교통, 벌목 등)으로 인해 발생한다.[218][63]

LIGO 핸포드 관측소에는 리빙스턴 관측소에 있는 것과 거의 동일한 간섭계가 하나 있다.[218][63] 초기 및 강화 LIGO 단계에서는 절반 길이의 간섭계가 주 간섭계와 병렬로 작동했다. 이 2km 간섭계의 경우, 파브리-페로 팔 공동은 동일한 광학적 정교함을 가졌기 때문에 4km 간섭계보다 저장 시간이 절반으로 줄었다. 저장 시간이 절반으로 줄었기 때문에 이론적인 압박 감도는 200Hz 이상에서는 전장의 간섭계와 같았지만 저주파수에서는 절반에 불과했다. 같은 시기에 핸포드는 워싱턴 남동부의 제한된 지질 활동으로 인해 원래의 수동 면진 시스템을 유지했다.[218]

5. 운영

LIGO는 전력 재활용 마이컬슨 간섭계파브리-페로 공진기를 결합한 형태로 운영된다.[219] 1차 간섭계는 4km 길이의 두 개의 빔 라인으로 구성되어 있으며, 지레스-투르누아 에탈론 팔 있는 전력 재활용 마이컬슨 간섭계를 형성한다. 사전 안정화된 1064nm 네오디뮴 야그 레이저는 전력 재활용 거울을 통과하는 20W 출력의 빔을 방출한다. 거울은 레이저에서 입사한 빛을 완전히 투과하고 반대쪽에서 들어오는 빛을 반사하여 거울과 후속 빔 스플리터 사이의 광장의 출력을 700W로 증가시킨다. 빔 스플리터에서 빛은 두 개의 직교 팔을 따라 이동한다. 부분 반사 거울을 사용하면 양쪽 팔에 파브리-페로 공진층이 생성되어 팔에서 레이저 빛의 유효 경로 길이가 4km에서 약 1,200km로 증가한다.[219] 공진층의 광장의 전력은 100kW이다.[231]

중력파 관측소의 단순화된 운영(도)
'''그림 1''': 빔 스플리터(녹색 선)는 결맞은 빛(흰색 상자)을 거울(청록색 직사각형)에서 반사되는 두 개의 빔으로 분할하며, 각 팔에 하나의 발신 및 반사 빔만 표시되고 명확성을 위해 분리되어 있다. 반사된 빔이 재결합하면 간섭 패턴이 감지된다(보라색 원).
'''그림 2''': 왼쪽 팔(노란색)을 통과하는 중력파는 길이가 변하여 간섭 패턴이 달라진다.


중력파가 간섭계를 통과하면 해당 지역의 시공간이 변경된다. 파동의 파원와 편광에 따라, 이것은 하나 또는 둘 다의 공진층들의 길이의 효과적인 변화를 초래한다. 빔 사이의 유효 길이 변화로 인해 현재 공진층에 있는 빛이 들어오는 빛과 위상이 매우 약간 어긋나게(반위상) 된다. 따라서 공진층은 주기적으로 결맞음으로부터 아주 약간 벗어나게 되고, 검출기에서 파괴적으로 간섭하도록 조정된 빔은 주기적으로 매우 미세한 디튜닝을 갖게 된다. 그 결과 측정 가능한 신호가 생성된다.[220]

4km 길이를 따라 원거리 거울까지 약 280회 왕복한 후[221] 두 개의 분리된 빔이 팔을 떠나 빔 스플리터에서 재결합한다. 두 팔에서 돌아오는 빔은 위상이 맞지 않게 유지되므로 팔이 모두 결맞음과 간섭 상태에 있을 때(중력파가 통과하지 않을 때처럼) 광파가 감쇄되어 광다이오드에 빛이 도달하지 않아야 한다. 중력파가 간섭계를 통과하면 간섭계의 양쪽 팔을 따라 거리가 짧아지고 길어져 빔의 위상이 약간 덜 어긋나게 된다. 그 결과 빔이 위상이 같아져 공명을 일으키고, 일부 빛이 광다이오드에 도달하여 신호를 나타낸다. 신호가 포함되지 않은 빛은 전력 재활용 거울을 사용하여 간섭계로 반환되어 팔에 있는 빛의 출력을 증가시킨다.

실제 운영에서는, 잡음 발생원은 광학 장치의 움직임을 유발하여 실제 중력파 신호와 유사한 효과를 낼 수 있으며, 이 장비의 많은 기술과 복잡성은 이러한 거울의 가짜 움직임을 줄이는 방법을 찾는 데 있다.[222] 배경 잡음과 알 수 없는 오류는 10-20 차수인 반면 중력파 신호는 약 10-22이다. 잡음을 줄인 후, 20 정도의 신호 대 잡음비가 성취될 수 있는데, 혹은 전 세계의 다른 중력파 검출기들과 결합하면 더 높아질 수 있다.[223]

6. 관측



현재 천문 현상 모델과 일반 상대성 이론의 예측에 따르면, 지구에서 수천만 광년 떨어진 곳에서 발생하는 중력파는 4킬로미터 거울 간격을 약 10-18m 왜곡시킬 것으로 예상되는데, 이는 양성자의 전하 지름의 1000분의 1보다 작다. 이는 1021분의 1의 상대적 거리 변화이다. 검출 사건을 일으킬 수 있는 전형적인 사건은, 반드시 우리 은하에 위치하지 않아도 되는, 두 개의 10 태양 질량 블랙홀의 후기 단계의 내나선과 병합이며, 이 경우 ''짹짹거림, 폭발, 준정상 모드 울림, 지수적 붕괴''라는 슬로건으로 요약되는 매우 특정한 일련의 신호가 발생할 것으로 예상된다.

2004년 말의 네 번째 과학 실행에서 LIGO 검출기는 이러한 변위를 설계치의 2배 이내로 측정할 수 있는 감도를 입증했다.

2005년 11월에 있었던 다섯 번째 과학 실행에서 감도는 100Hz 대역폭에서 1021분의 1의 변위를 감지할 수 있는 기본 설계 사양에 도달했다. 대략 태양 질량과 비슷한 중성자별 두 개가 모든 방향과 편광에 걸쳐 평균적으로 약 800만 파섹(26×106 광년), 즉 국부은하군 근처에서 발생하면 일반적으로 관측할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 이 시기에 LIGO와 GEO 600(독일-영국 간섭계 검출기)은 공동 과학 작업을 시작하여 몇 달 동안 데이터를 수집했다. 2007년 5월에는 프랑스-이탈리아 간섭계 검출기인 VIRGO가 합류했다. 다섯 번째 과학 탐사는 2007년에 종료되었는데, 이 탐사에서 수집한 데이터를 광범위하게 분석했지만 명확한 탐지 사건을 발견하지 못했다.

2007년 2월, 안드로메다 은하 방향에서 짧은 감마선 폭발이 지구에 도달한 GRB 070201이 관측되었다. 대부분의 짧은 감마선 폭발에 대한 일반적인 설명은 중성자별중성자별 또는 블랙홀과 합쳐진다는 것이다. LIGO는 GRB 070201의 미검출을 보고하면서 안드로메다 은하 거리에서의 병합을 높은 신뢰도로 배제했다. 이러한 제약은 LIGO가 결국 중력파를 직접 감지하는 것을 입증하는 데 전제되었다.[224]

2016년 2월 11일, LIGO 과학 협력단과 Virgo 협력단은 2015년 9월 14일 09시 51분 UTC에 감지된 신호로부터 발생한 중력파의 검출에 관한 논문을 발표했는데, 이는 지구로부터 약 13억 광년 떨어진 곳에서 약 30 태양 질량의 두 블랙홀이 합쳐지는 현상에서 비롯된 것이었다.[46]

현 집행 이사 데이비드 라이츠는 워싱턴 D.C.에서 열린 미디어 행사에서 이러한 발견을 발표했으며, 명예 집행 이사 배리 배리시는 CERN에서 물리학계에 이 발견에 대한 첫 번째 과학 논문을 발표했다.[47]

2016년 5월 2일, LIGO 과학 협력단의 구성원들과 기타 기여자들이 중력파의 직접 검출에 기여한 공로로 특별 기초 물리학상을 수상했다.[48]

2016년 6월 16일, LIGO는 두 번째 신호가 태양 질량의 14.2배와 7.5배인 두 개의 블랙홀이 합쳐지는 현상에서 감지되었다고 발표했다. 이 신호는 2015년 12월 26일 3시 38분 UTC에 포착되었다.[81]

세 번째 블랙홀 합병 검출은 31.2와 19.4 태양 질량의 물체 사이에서 2017년 1월 4일에 발생했으며, 2017년 6월 1일에 발표되었다.[49][50] 로라 카도나티가 최초의 부대변인으로 임명되었다.[51]

30.5와 25.3 태양 질량의 물체 사이에서 네 번째 블랙홀 합병 검출이 2017년 8월 14일에 관측되었으며, 2017년 9월 27일에 발표되었다.[52]

2017년, 바이스, 배리시, 손은 "LIGO 검출기 및 중력파 관측에 대한 결정적인 기여"로 노벨 물리학상을 수상했다. 바이스는 총 상금의 절반을, 배리시와 손은 각각 4분의 1을 받았다.[53][54][55]

개선을 위해 가동을 중단한 후, LIGO는 2019년 3월 26일에 가동을 재개했으며, Virgo는 2019년 4월 1일에 중력파 검출기 네트워크에 합류했다.[56] 두 검출기는 2020년 3월 27일까지 운영되었으며, 이때 코로나19 범유행으로 인해 운영이 중단되었다.[17] 코로나19로 인한 가동 중단 기간 동안 LIGO는 감도를 추가로 개선했으며, 새로운 감도를 갖춘 관측 운용 O4는 2023년 5월 24일에 시작되었다.[18]

6. 1. 강화 LIGO (Enhanced LIGO)

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과학 실행 5가 완료된 후, 초기 LIGO는 Advanced LIGO용으로 계획되었지만 가용하고 또한 초기 LIGO에 개장될 수 있는 특정 기술로 업그레이드되었으며, 이것은 향상된 성능의 구성이 되어서 강화 LIGO라고 불렀다.[225] 강화 LIGO의 일부 개선 사항에는 레이저 출력 증가,[225][145] 호모다인 감지(Homodyne detection),[225][145] 출력 모드 클리너,[225][145] 진공 판독 하드웨어[225] 등이 포함된다.

과학 실행 6(S6)은 2009년 7월 4km 검출기의 향상된 구성으로 시작되었다.[226][71][146] 2010년 10월에 종료되었고 원래 검출기의 분해가 시작되었다.[226][71]

6. 2. 첨단 LIGO (Advanced LIGO)

첨단 LIGO 검출기의 단순화 다이어그램(비축척)


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첨단 LIGO (Advanced LIGO)는 LIGO의 대대적인 업그레이드 버전이다. 2010년 이후 LIGO는 대대적인 업그레이드를 위해 몇 년 동안 오프라인 상태로 전환하여 LIGO 관측소 기반 시설에 새로운 첨단 LIGO 검출기를 설치했다. 이 프로젝트는 오스트레일리아 국립 대학교와 애들레이드 대학교가 첨단 LIGO에 기여하면서 새로운 회원을 계속 유치했으며, 2015년 9월 LIGO 연구소가 첨단 LIGO 검출기로 첫 관측 실행 'O1'을 시작했을 때 전 세계 900명 이상의 과학자가 LIGO 과학 협력에 참여했다.[42]

첫 번째 관측 실행은 초기 LIGO보다 약 3배 더 높은 감도로 작동했으며,[73] 더 낮은 오디오 주파수에서 최대 방사선을 방출하는 더 큰 시스템의 경우 훨씬 더 높은 감도로 작동했다.[74] 2016년 2월 11일, LIGO와 Virgo 협력은 중력파의 최초 관측을 발표했다. GW150914라고 명명된 신호는[75] 2015년 9월 14 일, 첨단 LIGO 검출기가 업그레이드 후 데이터 수집을 시작한 지 이틀 만에 나타났다.[76][77] 그것은 한 쌍(pair)의 블랙홀의 내나선 및 병합{merger)과 그 결과 단일 블랙홀의 후속 링다운{ringdown)에 대한 일반 상대성이론의 예측(predictions of general relativity)과 일치했다.[78][79][80] 이 관측은 항성질량 블랙홀 쌍성계의 존재와 쌍성 블랙홀 병합의 첫 관측을 입증했다.

2016년 6월 15일, LIGO는 2015년 12월 26일 3시 38분(UTC)에 기록된 두 번째 중력파 이벤트를 감지했다고 발표했다. 관측된 신호를 분석한 결과, 이 사건은 14억 광년 거리에서 태양 질량 14.2와 7.5의 두 블랙홀이 합쳐져 발생한 것으로 나타났다.[81] 이 신호는 GW151226으로 명명되었다.[82]

두 번째 관측 실행(O2)은 2016년 11월 30일부터[83] 2017년 8월 25일까지[84] 리빙스턴은 O1보다 15-25% 감도 향상을 달성했으며 핸포드의 감도는 O1과 비슷하다.[85] 이 기간 동안 LIGO는 몇 가지 추가 중력파 사건를 보았다: 1월에 GW170104, 6월에 GW170608 및 2017년 7월과 8월 사이에 5개의 다른 것들(five others). 이 중 몇 개는 VIRGO 협력에서도 감지되었다.[86][87] 중력으로만 감지할 수 있는 블랙홀 병합과는 달리, GW170817은 두 중성자별의 충돌(collision of two neutron stars)에서 발생했으며 감마선 위성과 광학 망원경으로 전자기적으로도 감지되었다.[88]

세 번째 실행(O3)은 2019년 4월 1일에 시작되었고[89] 2020년 4월 30일까지 지속될 예정이었지만 실제로는 코로나바이러스감염증-19로 인해 2020년 3월에 중단되었다.[17][90][91] 2020년 1월 6일 LIGO는 2019년 4월 25일에 기록된 두 중성자별의 충돌에서 중력 파문으로 보이는 것을 LIGO 리빙스턴 검출기로 탐지했다고 발표했다. GW170817과는 달리 이 사건은 빛이 감지되지 않았다. 또한, 당시 LIGO 핸포드 검출기가 일시적으로 오프라인 상태였고 VIRGO 데이터에서 볼 수 없을 정도로 희미했기 때문에 단일 관측소 검출로서는 처음으로 공개된 사건이다.[92]

향후 관측 실행들은 감도를 더욱 향상시키기 위한 시운전(commissioning) 노력과 함께 중단될 것이다. 2021년에 설계 감도를 달성하는 것이 목표였다.[138] 다음 관측 실행(O4)은 2022년 12월에 시작될 예정이었지만[250] 그 날짜는 2023년 5월 24일로 미뤄졌다.[18][94]

7. 미래

LIGO는 앞으로도 지속적인 업그레이드를 통해 감도를 향상시킬 계획이다.

=== LIGO-인도 (LIGO-India) ===

LIGO-인도(LIGO-India), 또는 INDIGO영어는 인도에 중력파 검출기를 설치하기 위한 LIGO 연구소와 인도 중력파 관측 이니셔티브(IndIGO) 간의 협력 프로젝트이다.[148][95] LIGO 연구소는 NSF 및 영국, 독일, 오스트레일리아의 첨단 라이고 파트너들과 협력하여, 인도 과학자 팀이 인도에 건설될 시설에 설치, 시운전, 운영할 계획인 3개의 첨단 라이고 검출기 중 하나를 위한 모든 설계와 하드웨어를 제공하기로 제안했다.

LIGO-인도 프로젝트는 LIGO 연구소와 LIGO-인도 컨소시엄(간디나가르의 플라즈마 연구소, 푸네의 대학 간 천문학 및 천체물리학 센터(IUCAA), 인도의 라자 라만나 첨단기술 센터)이 협력하고 있다.[95]

중력파 검출에 대한 전 세계적인 활동을 확대하는 것은 수년 동안 LIGO의 목표였다. 2010년에 중력파 국제위원회(GWIC)가 발표한 개발 로드맵은 간섭계 검출기의 글로벌 어레이를 확장하는 것을 최우선 과제로 삼을 것을 권고했다.[148][95] 이러한 네트워크는 천체 물리학자들에게 더 강력한 검색 능력과 더 높은 과학적 수율을 제공할 것이다. 현재 LIGO 과학 협력과 VIRGO 협력 간의 합의는 비슷한 감도를 가진 세 개의 검출기를 연결하여 이 국제 네트워크의 핵심을 형성하고 있다. 연구에 따르면 인도의 검출기를 포함하는 네트워크에 의한 광원의 현지화는 상당한 개선을 가져올 것이다.[149][150] 현지화 평균의 개선은 대략 몇 배의 개선이 예상되며 하늘의 특정 지역에서는 훨씬 더 큰 개선이 이루어질 것으로 예상된다.

NSF는 LIGO 예산을 늘리지 않는 한 이러한 이전과 그에 따른 일정 지연을 기꺼이 허용했다. 따라서 검출기를 수용할 LIGO 사이트와 동등한 실험실을 건설하는 데 필요한 모든 비용은 호스트 국가가 부담해야 한다.[151] 첫 번째 잠재적인 먼 위치는 서오스트레일리아의 오스트레일리아 국제 중력 관측소(AIGO)였으나,[152] 오스트레일리아 정부는 2011년 10월 1일까지 자금을 투입하지 않으려고 했다.

인도의 위치는 2012년 6월 인도와 미국 간의 공동위원회 회의에서 논의되었다.[153] 동시에 LIGO의 자금 지원 기관인 NSF에서 제안을 평가했다. LIGO-인도 프로젝트의 기본은 LIGO의 검출기 중 하나를 인도로 이전하는 것이므로 이 계획은 이미 진행중인 첨단 LIGO 업그레이드 작업 및 일정에 영향을 미칠 것이다. 2012년 8월 미국 국립 과학위원회는 핸포드 "H2" 간섭계를 설치하지 않고 대신 LIGO-인도로 보낼 것을 예상하여 보관할 수 있도록 준비하여 첨단 LIGO의 범위를 수정하라는 LIGO 연구소의 요청을 승인했다.[154] 인도에서는 이 프로젝트가 승인 및 자금 지원을 위해 원자력 에너지부(DAE)와 과학기술부(DST)에 제출되었다. 2016년 2월 17일, 중력파 검출에 대한 LIGO의 획기적인 발표가 있은 지 일주일도 채 지나지 않아 나렌드라 모디 인도 총리는 내각이 LIGO-인도 거대 과학 제안을 '원칙적으로' 승인했다고 발표했다.[155]

인도 서부 마하라슈트라주 힌골리 지구(Hingoli district)에 있는 운다 나그나트 순례지 근처가 선정되었다.

2023년 4월 7일, 인도 정부 내각은 LIGO-인도 프로젝트를 승인했다. 건설은 2600 크로르-천만 인도 루피(INR)의 비용으로 마하라 슈트라의 힌 골리 지구에서 시작될 예정이다.

=== A+ ===

A+ 제안은 기존 첨단 LIGO 기기에 개조될 예정으로, 2019년부터 업그레이드된 검출기가 2024년에 작동할 때까지 설치할 계획이다. 변경 사항은 첨단 LIGO의 감도를 거의 두 배로 높이고, 또한 검색 공간의 양을 7배로 늘릴 것이다.

업그레이드는 다음을 포함한다:


  • 거울 서스펜션 시스템의 개선.
  • 거울의 반사율 증가.
  • 저주파에서 복사압과 고주파에서 샷 잠음을 동시에 감소시키는 주파수 의존적 압착된 상태의 빛(Squeezed states of light) 사용.
  • 기계적 손실을 줄인 개선된 거울 코팅(mirror coatings).


최종 LIGO 출력 광검출기는 진폭이 아닌 위상에 민감하기 때문에 제품의 양자역학적 한계를 위반하지 않고도 위상 잡음은 줄이고 진폭 잡음은 늘리도록 신호를 압착할 수 있다. 이것은 관련 매개변수에서 단순한 암흑보다 더 조용한 "압착 진공 상태"를 다크 포트 (간섭계 출력)에 주입하여 수행된다. 이러한 스퀴징 업그레이드는 세 번째 관측 실행 전에 두 LIGO 사이트에 설치되었다. A+ 개선은 스퀴징 구적도를 고주파(50Hz 이상)의 위상 스퀴징에서 저주파의 진폭 스퀴징으로 회전시키는 역할을 하는 추가 광공진기을 설치하여 저주파 복사압 잡음도 완화할 것이다.

=== LIGO 보이저 (LIGO Voyager) ===

LIGO 보이저는 기존 LIGO 부지에 설치될 3세대 검출기이다. 감도를 2배 더 향상시키고 저주파 차단을 10Hz로 줄이는 것을 목표로 한다. 이를 위해 유리 거울 대신 160kg의 실리콘 거울을 사용하고, 1064nm 레이저 대신 1500~2200nm 범위의 더 긴 파장을 가진 레이저를 사용할 계획이다. (많은 문서에서 파장을 1550nm로 가정하고 있지만 이는 최종적인 것은 아니다.) 실리콘 거울은 액체 질소를 사용하여 123K로 냉각될 예정이다.

보이저는 A+로 업그레이드되어 2027~2028년경에 가동될 예정이다.

=== 우주 탐사선 (Cosmic Explorer) ===

LIGO 보이저 기술을 기반으로 하는 더 큰 규모의 시설 설계는 "코스믹 익스플로러(Cosmic Explorer)"라고 불린다. LIGO와 유사한 L자형 형상을 가지지만 팔 길이가 40km에 달하며, 지표면에 설치될 예정이다. 10Hz 이상의 주파수에서는 아인슈타인 망원경보다 높은 감도를 가지지만, 10Hz 미만에서는 감도가 낮다.

7. 1. LIGO-인도 (LIGO-India)

LIGO-인도(LIGO-India), 또는 인디고(INDIGO)는 인도에 중력파 검출기를 설치하기 위한 LIGO 연구소와 인도 중력파 관측 이니셔티브(IndIGO) 간의 협력 프로젝트이다.[252][95][148] LIGO 연구소는 NSF 및 영국, 독일, 오스트레일리아의 첨단 라이고 파트너들과 협력하여, 인도 과학자 팀이 인도에 건설될 시설에 설치, 시운전, 운영할 계획인 3개의 첨단 라이고 검출기 중 하나를 위한 모든 설계와 하드웨어를 제공하기로 제안했다.

LIGO-인도 프로젝트는 LIGO 연구소와 LIGO-인도 컨소시엄(간디나가르의 플라즈마 연구소, 푸네의 대학 간 천문학 및 천체물리학 센터(IUCAA), 인도의 라자 라만나 첨단기술 센터)이 협력하고 있다.[95]

중력파 검출에 대한 전 세계적인 활동을 확대하는 것은 수년 동안 LIGO의 목표였다. 2010년에 중력파 국제위원회(GWIC)가 발표한 개발 로드맵[252][95][148]은 간섭계 검출기의 글로벌 어레이를 확장하는 것을 최우선 과제로 삼을 것을 권고했다. 이러한 네트워크는 천체 물리학자들에게 더 강력한 검색 능력과 더 높은 과학적 수율을 제공할 것이다. 현재 LIGO 과학 협력과 VIRGO 협력 간의 합의는 비슷한 감도를 가진 세 개의 검출기를 연결하여 이 국제 네트워크의 핵심을 형성하고 있다. 연구에 따르면 인도의 검출기를 포함하는 네트워크에 의한 광원의 현지화는 상당한 개선을 가져올 것이다.[253][254][96][97][149][150] 현지화 평균의 개선은 대략 몇 배의 개선이 예상되며 하늘의 특정 지역에서는 훨씬 더 큰 개선이 이루어질 것으로 예상된다.

NSF는 LIGO 예산을 늘리지 않는 한 이러한 이전과 그에 따른 일정 지연을 기꺼이 허용했다. 따라서 검출기를 수용할 LIGO 사이트와 동등한 실험실을 건설하는 데 필요한 모든 비용은 호스트 국가가 부담해야 한다.[255][98][151] 첫 번째 잠재적인 먼 위치는 서오스트레일리아의 오스트레일리아 국제 중력 관측소(AIGO)였으나,[256][99][152] 오스트레일리아 정부는 2011년 10월 1일 마감일까지 자금을 투입하지 않으려고 했다.

인도의 위치는 2012년 6월 인도와 미국 간의 공동위원회 회의에서 논의되었다.[257][100][153] 동시에 LIGO의 자금 지원 기관인 NSF에서 제안을 평가했다. LIGO-인도 프로젝트의 기본은 LIGO의 검출기 중 하나를 인도로 이전하는 것이므로 이 계획은 이미 진행중인 첨단 LIGO 업그레이드 작업 및 일정에 영향을 미칠 것이다. 2012년 8월 미국 국립 과학위원회는 핸포드 "H2" 간섭계를 설치하지 않고 대신 LIGO-인도로 보낼 것을 예상하여 보관할 수 있도록 준비하여 첨단 LIGO의 범위를 수정하라는 LIGO 연구소의 요청을 승인했다.[258][101][154] 인도에서는 이 프로젝트가 승인 및 자금 지원을 위해 원자력 에너지부(DAE)와 과학기술부(DST)에 제출되었다. 2016년 2월 17일, 중력파 검출에 대한 LIGO의 획기적인 발표가 있은 지 일주일도 채 지나지 않아 나렌드라 모디 인도 총리는 내각이 LIGO-인도 거대 과학 제안을 '원칙적으로' 승인했다고 발표했다.[259][102][155]

인도 서부 마하라슈트라주 힌골리 지구(Hingoli district)에 있는 운다 나그나트 순례지 근처가 선정되었다.[260][261][103][104]

2023년 4월 7일, 인도 정부 내각은 LIGO-인도 프로젝트를 승인했다. 건설은 2600 크로르-천만 인도 루피(INR)의 비용으로 마하라 슈트라의 힌 골리 지구에서 시작될 예정이다.[262][105]

7. 2. A+

A+ 제안은 기존 첨단 LIGO 기기에 개조될 예정으로, 2019년부터 업그레이드된 검출기가 2024년에 작동할 때까지 설치할 계획이다.[263] 변경 사항은 첨단 LIGO의 감도를 거의 두 배로 높이고,[264][265] 또한 검색 공간의 양을 7배로 늘릴 것이다.[266]

업그레이드는 다음을 포함한다:

  • 거울 서스펜션 시스템의 개선.[267]
  • 거울의 반사율 증가.[110]
  • 저주파에서 복사압과 고주파에서 샷 잠음을 동시에 감소시키는 주파수 의존적 압착된 상태의 빛(Squeezed states of light) 사용.[111]
  • 기계적 손실을 줄인 개선된 거울 코팅(mirror coatings).[268]


최종 LIGO 출력 광검출기는 진폭이 아닌 위상에 민감하기 때문에 제품의 양자역학적 한계를 위반하지 않고도 위상 잡음은 줄이고 진폭 잡음은 늘리도록 신호를 압착할 수 있다.[269] 이것은 관련 매개변수에서 단순한 암흑보다 더 조용한 "압착 진공 상태"를 다크 포트 (간섭계 출력)에 주입하여 수행된다.[270] 이러한 스퀴징 업그레이드는 세 번째 관측 실행 전에 두 LIGO 사이트에 설치되었다.[113] A+ 개선은 스퀴징 구적도를 고주파(50Hz 이상)의 위상 스퀴징에서 저주파의 진폭 스퀴징으로 회전시키는 역할을 하는 추가 광공진기을 설치하여 저주파 복사압 잡음도 완화할 것이다.

7. 3. LIGO 보이저 (LIGO Voyager)

LIGO 보이저는 기존 LIGO 부지에 설치될 3세대 검출기이다. 감도를 2배 더 향상시키고 저주파 차단을 10Hz로 줄이는 것을 목표로 한다.[271][114] 이를 위해 유리 거울 대신 160kg의 실리콘 거울을 사용하고, 1064nm 레이저 대신 1500~2200nm 범위의 더 긴 파장을 가진 레이저를 사용할 계획이다. (많은 문서에서 파장을 1550nm로 가정하고 있지만 이는 최종적인 것은 아니다.)[271][114] 실리콘 거울은 액체 질소를 사용하여 123K로 냉각될 예정이다.[271][114]

보이저는 A+로 업그레이드되어 2027~2028년경에 가동될 예정이다.[272][115]

7. 4. 우주 탐사선 (Cosmic Explorer)

LIGO 보이저 기술을 기반으로 하는 더 큰 규모의 시설 설계는 "코스믹 익스플로러(Cosmic Explorer)"라고 불린다.[271][114] LIGO와 유사한 L자형 형상을 가지지만 팔 길이가 40km에 달하며, 지표면에 설치될 예정이다.[271][114] 10Hz 이상의 주파수에서는 아인슈타인 망원경보다 높은 감도를 가지지만, 10Hz 미만에서는 감도가 낮다.[271][114]

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