GEO600

جهاز GEO600 هو كاشف موجات الجاذبية يقع بالقرب من سارشتيدت ، وهي بلدة تقع على بعد 20 كيلومترًا (12 ميلًا) جنوب هانوفر ، ألمانيا. وقد تم تصميمه وتشغيله من قبل علماء من معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية ، ومعهد ماكس بلانك للبصريات الكمية ، وجامعة لايبنيز هانوفر ، إلى جانب جامعة غلاسكو ، وجامعة برمنغهام ، وجامعة كارديف في المملكة المتحدة، ويتم تمويله من قبل جمعية ماكس بلانك ومجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا (STFC). 

يستطيع جهاز GEO600 رصد موجات الجاذبية في نطاق التردد من 50 هرتز إلى 1.5  كيلوهرتز، ^{[ 1 ]} وهو جزء من شبكة عالمية لأجهزة رصد موجات الجاذبية. ^{[ 2 ]} يُعد هذا الجهاز، وأجهزة الرصد التداخلية الشقيقة له، عند تشغيلها، من بين أكثر أجهزة رصد موجات الجاذبية حساسيةً على الإطلاق. وهي مصممة لرصد التغيرات النسبية في المسافة التي تبلغ حوالي 10⁻²¹ ^{، أي ما يعادل حجم ذرة واحدة تقريبًا} مقارنةً بالمسافة بين الشمس والأرض. بدأ العمل على هذا المشروع عام 1995. ^{[ 3 ]}

في مارس 2020، أجبرت جائحة كوفيد-19 على تعليق عمليات مراصد أخرى لموجات الجاذبية مثل ليغو وفيرجو (وفي أبريل 2020، كاجرا )، لكن جيو600 استمر في العمل. ^{[ 4 ]}

اعتبارًا من عام 2023، وينشط مرصد GEO600 في عمليات رصد الموجات الثقالية. ^{[ 5 ]}

سيتم إغلاق GEO600 والتوقف عن العمل نهائياً في 31 ديسمبر 2026. ^{[ 6 ]}

في سبعينيات القرن العشرين، شرعت مجموعتان في أوروبا، إحداهما بقيادة هاينز بيلينغ في ألمانيا والأخرى بقيادة رونالد دريفر في المملكة المتحدة، ^{[ 7 ]} في إجراء أبحاث حول رصد موجات الجاذبية باستخدام قياس التداخل الليزري. في عام 1975، بدأ معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية في ميونيخ بنموذج أولي بطول ذراع يبلغ 3 أمتار (9.8 قدم) ، مما أدى إلى تطوير نموذج أولي بطول ذراع يبلغ 30 مترًا (98 قدمًا) في معهد ماكس بلانك للبصريات الكمية (MPQ) في غارشينغ عام 1983. وفي عام 1977، بدأ قسم الفيزياء وعلم الفلك في جامعة غلاسكو أبحاثًا مماثلة، وفي عام 1980 بدأ تشغيل نموذج أولي بطول ذراع يبلغ 10 أمتار (33 قدمًا) . ^{[ 8 ] [ 9 ]}   

في عام 1985، اقترحت مجموعة غارشينغ بناء كاشف كبير بطول ذراع يبلغ 3 كيلومترات ( ميلين) ، بينما اقترحت المجموعة البريطانية مشروعًا مماثلًا في عام 1986. وحّدت المجموعتان جهودهما في عام 1989 ، فولد مشروع GEO، واعتُبرت جبال هارتس في شمال ألمانيا موقعًا مثاليًا. إلا أن المشروع لم يُموّل بسبب مشاكل مالية. لذا، في عام 1994، اقتُرح كاشف أصغر: GEO600، ليُبنى في الأراضي المنخفضة قرب هانوفر، بأذرع يبلغ طولها 600 متر (2000 قدم) . وبدأ بناء هذا الكاشف البريطاني الألماني لموجات الجاذبية في سبتمبر 1995. ^{[ 9 ] [ 10 ]}   

في عام 2001، تولى معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية (معهد ألبرت أينشتاين، AEI) في بوتسدام إدارة فرع هانوفر التابع لمرصد ماكس بلانك الكمي (MPQ)، ومنذ عام 2002، يُشغّل الكاشف مركزٌ مشتركٌ لفيزياء الجاذبية تابعٌ لمعهد ألبرت أينشتاين وجامعة لايبنيز هانوفر، بالتعاون مع جامعتي غلاسكو وكارديف. ومنذ عام 2002، شارك جهاز GEO600 في العديد من عمليات جمع البيانات بالتزامن مع كواشف LIGO. ^{[ 9 ]} في عام 2006، وصل جهاز GEO600 إلى حساسية التصميم، ولكن لم يتم رصد أي إشارة حتى الآن. والهدف التالي هو تقليل الضوضاء المتبقية بمقدار عشرة أضعاف تقريبًا، بحلول عام 2016. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

في مارس 2026، أُعلن أن مشروع GEO600 سيتوقف عن العمل في 31 ديسمبر من ذلك العام، وذلك بعد تقاعد مدير معهد AEI كارستن دانزمان، وما تلاه من إنهاء تمويل المشروع. ^{[ 13 ]}

جهاز GEO600 هو مقياس تداخل مايكلسون . يتكون من ذراعين بطول 600 متر (2000 قدم) ، يمر شعاع الليزر عبرهما مرتين، ليصبح طول الذراع البصري الفعال 1200 متر (3900 قدم) . تقع المكونات البصرية الرئيسية في نظام فراغ فائق، بضغط أقل من 10⁻⁸ ^{ملي بار} . ^{[ 1 ]}  

تُقاس حساسية جهاز GEO600 لتشوه الموجات الثقالية عادةً بكثافة الطيف السعوي (ASD). تبلغ ذروة حساسية الجهاز في هذه الوحدة 2×10⁻²² ^{1 /} √Hz عند تردد 600 هرتز  . ^{[ 22 ]} عند الترددات العالية، تكون الحساسية محدودة بقدرة الليزر المتاحة. أما عند الترددات المنخفضة، فتكون حساسية الجهاز محدودة بحركة الأرض الزلزالية.

في نوفمبر 2005، أُعلن عن بدء تشغيل مشترك مطول لأجهزة LIGO وGEO . ^{[ 23 ]} جمعت الأجهزة الثلاثة (تقع أجهزة LIGO بالقرب من ليفينغستون ، لويزيانا، وفي موقع هانفورد ، واشنطن، بالولايات المتحدة الأمريكية) بيانات لأكثر من عام، مع فترات توقف للضبط والتحديث. وكان هذا هو التشغيل العلمي الخامس لجهاز GEO600. ولم تُكتشف أي إشارات في التشغيلات السابقة.

أُعلن عن أول رصد للموجات الثقالية في 14 سبتمبر 2015 من قِبل تعاوني مرصد ليغو ومقياس التداخل فيرجو في 11 فبراير 2016. ^{[ 24 ] [ 25 ]} مع ذلك، لم يكن مقياس التداخل فيرجو في إيطاليا يعمل آنذاك، وكان جهاز GEO600 في وضع هندسي، وبالتالي لم يكن حساسًا بما يكفي، ما حال دون تأكيد الإشارة. ^{[ 25 ] [ 26 ]} بدأ جهاز GEO600 بجمع البيانات بالتزامن مع مرصد ليغو المتقدم في 18 سبتمبر 2015. ^{[ 26 ]}

في 15 يناير 2009، نُشر في مجلة نيو ساينتست أن بعض التشويش غير المُحدد الذي ظهر في قياسات كاشف GEO600 قد يكون ناتجًا عن حساسية الجهاز لتقلبات كمومية دقيقة للغاية في الزمكان، والتي تؤثر على مواقع أجزاء من الكاشف. ^{[ 27 ]} وقد استند هذا الادعاء إلى نظرية كريغ هوغان ، العالم في مختبر فيرميلاب ، حول كيفية حدوث هذه التقلبات، والمستوحاة من مبدأ الهولوغرام . ^{[ 28 ]}

ذكرت مجلة "نيو ساينتست " أن هوجان أرسل توقعاته بشأن "الضوضاء الهولوغرافية" إلى فريق GEO600 في يونيو 2008، وتلقى لاحقًا رسمًا بيانيًا للضوضاء الزائدة "يطابق تمامًا توقعاتي". مع ذلك، كان هوجان يعلم قبل ذلك الوقت أن التجربة تُظهر ضوضاء زائدة. وجاء في مقال هوجان المنشور في مجلة " فيزيكال ريفيو دي" في مايو 2008: ^{[ 29 ]}

إن التوافق التقريبي بين الضوضاء الهولوغرافية المتوقعة والضوضاء غير المفسرة في GEO600 يحفز إجراء المزيد من الدراسات.

يستشهد هوجان بمحاضرة ألقاها فريق GEO600 عام 2007، والتي أشارت بالفعل إلى "ضوضاء غامضة في النطاق المتوسط"، حيث تم رسم أطياف الضوضاء. ^{[ 30 ]} وقد وردت ملاحظة مماثلة في ورقة بحثية لـ GEO600 قُدّمت في أكتوبر 2007 ونُشرت في مايو 2008: ^{[ 31 ]}

في المنطقة الواقعة بين 100 هرتز و 500  هرتز، تم العثور على تباين بين المجموع غير المرتبط لجميع إسقاطات الضوضاء والحساسية الفعلية الملاحظة.

من الشائع جدًا أن ترصد أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية ضوضاء زائدة يتم التخلص منها لاحقًا. وفقًا لكارستن دانزمان، الباحث الرئيسي في مشروع GEO600، ^{[ 27 ]}

إنّ العمل اليومي لتحسين حساسية هذه التجارب يُنتج دائماً بعض التشويش الزائد [...]. نعمل على تحديد سببه، والتخلص منه، ومعالجة المصدر التالي للتشويش الزائد.

بالإضافة إلى ذلك، تُظهر بعض التقديرات الجديدة لمستوى الضوضاء الهولوغرافية في قياس التداخل أنها يجب أن تكون أصغر بكثير في حجمها مما ادعاه هوجان. ^{[ 32 ]}

لا يقتصر التسجيل على خرج الصمام الثنائي الضوئي الرئيسي فحسب، بل يشمل أيضًا خرج عدد من المستشعرات الثانوية، مثل الصمامات الثنائية الضوئية التي تقيس أشعة الليزر المساعدة، والميكروفونات، وأجهزة قياس الزلازل، ومقاييس التسارع، ومقاييس المغناطيسية، بالإضافة إلى أداء جميع دوائر التحكم. تُعد هذه المستشعرات الثانوية مهمة للتشخيص والكشف عن التأثيرات البيئية على خرج مقياس التداخل. ويتم تحليل جزء من تدفق البيانات بواسطة مشروع الحوسبة الموزعة " Einstein@home "، وهو برنامج يمكن للمتطوعين تشغيله على أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم.

ابتداءً من سبتمبر 2011، أُغلقت كل من كاشفات VIRGO وLIGO لإجراء تحديثات، ليصبح GEO600 مقياس التداخل الليزري الوحيد العامل واسع النطاق الذي يبحث عن موجات الجاذبية. ^{[ 33 ]} لاحقًا، في سبتمبر 2015، دخلت كاشفات LIGO المتطورة حيز التشغيل، واستُخدمت في أول جولة رصد "O1" بحساسية تفوق حساسية LIGO الأولية بنحو أربعة أضعاف لبعض أنواع المصادر (مثل الثنائيات النجمية النيوترونية)، وحساسية أعلى بكثير للأنظمة الأكبر ذات ذروة الإشعاع عند ترددات صوتية منخفضة. ^{[ 34 ]} طُوّرت كاشفات LIGO المتطورة هذه في إطار التعاون العلمي لـ LIGO، وكانت غابرييلا غونزاليس المتحدثة الرسمية. وبحلول عام 2019، كان من المتوقع أن تكون حساسية كاشفات LIGO المتطورة الجديدة أكبر بعشر مرات على الأقل من حساسية كاشفات LIGO الأصلية.

• الإشعاع الجاذبي
• علم فلك الموجات الثقالية وأول رصد للموجات الثقالية : GW150914 ، GW151226 ، GW170104
• مقياس الهولوغرام في فيرميلاب
• إنديجو ، وهو كاشف تداخلي جاذبي مخطط له في الهند
• جهاز eLISA ، وهو كاشف موجات الجاذبية التابع لوكالة الفضاء الأوروبية والموجود في الفضاء
• فيرجو ، كاشف التداخل الجاذبي الأوروبي
• تاما 300 ، كاشف التداخل الجاذبي الياباني
• برنامج تايجي في الفضاء ، وهو كاشف صيني لموجات الجاذبية موجود في الفضاء

• الصفحة الرئيسية لمشروع GEO600 ، الموقع الرسمي للمشروع.
• تم أرشفة صفحة "مجموعة كارديف للجاذبية" بتاريخ 2013-05-01 على موقع Wayback Machine ، وهي صفحة تصف الأبحاث التي أجريت في جامعة كارديف في ويلز ، بما في ذلك التعاون في مشروع GEO 600، وتتضمن قائمة ممتازة من الدروس التعليمية حول إشعاع موجات الجاذبية.
• آموس، جوناثان. العلم يركب موجات الجاذبية . 8 نوفمبر 2005. بي بي سي نيوز .
• تصدر مجلة LIGO مرتين سنوياً عن فريق LIGO العلمي، وتتناول أحدث الأبحاث والأخبار والشخصيات البارزة في مختلف أقسام الفريق. وهي متاحة للتحميل مجاناً بصيغة PDF من هذا الموقع الإلكتروني.