كاشف موجات الجاذبية كاميوكا

كاشف موجات الجاذبية كاميوكا ( KAGRA ) هو تجربة فيزيائية واسعة النطاق مصممة لرصد موجات الجاذبية التي تنبأت بها النظرية النسبية العامة . يقع الكاشف تحت الأرض في مرصد كاميوكا بالقرب من منطقة كاميوكا في مدينة هيدا بمحافظة غيفو في اليابان . يُعد KAGRA مقياس تداخل مايكلسون بطول ذراع يبلغ 3 كيلومترات، وهو مصمم في نهاية المطاف لرصد بصمات موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج النجوم النيوترونية الثنائية على مسافة تصل إلى حوالي 150 ميغا فرسخ فلكي . ^{[ 1 ]}

يُشغّل مرصد كاجرا من قبل معهد أبحاث الأشعة الكونية (ICRR) التابع لجامعة طوكيو ، ومنظمة أبحاث مسرعات الطاقة العالية (KEK)، والمرصد الفلكي الوطني الياباني (NAOJ)، بالتعاون مع جهات من عدد من المؤسسات العلمية الأخرى. ^{[ 2 ]} وهو جزء من مشروع LVK الأوسع نطاقًا، إلى جانب مرصدي ليجو وفيرجو .

بدأ التفكير في مشروع كاجرا في أواخر التسعينيات، وحصل على الموافقة الرسمية عام ٢٠١٠. اكتمل بناؤه عام ٢٠١٩، وبدأ رصده عام ٢٠٢٠. ^{[ ١ ]} وهو أول مرصد لموجات الجاذبية في آسيا، والأول عالميًا الذي يُبنى تحت الأرض، والأول الذي يستخدم مرايا مبردة في كاشفه. تُقلل هذه المرايا من الضوضاء الحرارية، بينما يُقلل موقعه تحت الأرض بشكل كبير من ضوضاء الموجات الزلزالية على سطح الأرض، والتي تُهيمن على ضوضاء مرصدي ليجو وفيرجو عند الترددات المنخفضة. ومن المتوقع أن يصل في نهاية المطاف إلى حساسية تشغيلية تُضاهي حساسية ليجو وفيرجو. ^{[ ٣ ] [ ٤ ]}

شارك مرصد كاجرا في دورة الرصد O3 لمرصدي ليجو وفيرجو في عامي 2019 و2020، وفي دورة O4a لمدة شهر في عام 2023 قبل عودته إلى مرحلة التشغيل. تعرض المرصد لأضرار في زلزال نوتو عام 2024، لكنه تعافى بما يكفي للمشاركة في دورة O4c عام 2025. ^{[ 5 ]}

كان مشروع كاغرا يُعرف في البداية باسم تلسكوب الموجات الثقالية المبرد واسع النطاق ( LCGT ). تمت الموافقة على مشروع LCGT في 22 يونيو 2010. وفي يناير 2012، أُطلق عليه اسمه الجديد، كاغرا، حيث استُمد المقطع "كا" من موقعه في منجم كاميوكا، والمقطع "غرا" من الجاذبية والإشعاع الثقالي . ^{[ 6 ]} كما أن كلمة كاغرا هي تورية صوتية لكلمة كاغورا (神楽)، وهي رقصة طقسية تُقدم للآلهة في معابد الشنتو اليابانية . يقود المشروع الحائز على جائزة نوبل تاكاكي كاجيتا، الذي كان له دور رئيسي في تمويل المشروع وبنائه. ^{[ 7 ]} وقُدّرت تكلفة المشروع بحوالي 200 مليون دولار أمريكي. ^{[ 8 ]}

تم بناء نموذجين أوليين للكشف لتطوير التقنيات اللازمة لمشروع كاجرا. الأول، تاما 300 ، كان يقع في ميتاكا، طوكيو ، وعمل من عام 1998 إلى عام 2008، مُثبتًا جدوى مشروع كاجرا. أما الثاني، كليو ، فقد بدأ العمل عام 2006 تحت الأرض بالقرب من موقع كاجرا، واستُخدم لتطوير تقنيات التبريد الفائق لمشروع كاجرا.

يقع جهاز الكشف داخل  نفقين متوازيين بطول 3 كيلومترات، يلتقيان بزاوية 90 درجة في المستوى الأفقي، على عمق يزيد عن 200  متر تحت الأرض. وقد حُفر النفقان بميل 1/300 لتصريف مياه الينابيع. ^{[ 9 ]} بدأت مرحلة حفر النفقين في مايو 2012 وانتهت في 31 مارس 2014. ^{[ 1 ]}

اكتمل بناء مرصد كاجرا في 4 أكتوبر 2019. ^{[ 10 ]} بدأ كاجرا رسميًا أول دورة رصد له في 25 فبراير 2020، خلال الدورة الثالثة من مرصد ليجو ومرصد فيرجو، حيث بلغ أقصى مدى حساسية له حوالي 600 كيلوبارسيك، قبل أن يتوقف عن العمل لمدة شهر لإجراء عدد من التعديلات على الكاشف. استأنف العمل لمدة أسبوعين آخرين في أبريل 2020، وبلغ خلالها أقصى حساسية له حوالي 1 ميجابارسيك. ^{[ 1 ]} شارك كاجرا لاحقًا في الدورة الرابعة (O4a) عام 2023، لكنه تعرض لأضرار جسيمة في البصريات والمعدات الأخرى نتيجة زلزال نوتو عام 2024. [ ^{11 ] تعافى} بما يكفي للمشاركة مجددًا في أجزاء من الدورة الرابعة (O4c) عام 2025، وبلغ أقصى حساسية له حوالي 7 ميجابارسيك. ^{[ 5 ]}

بعد عمليات الضبط الأولية، بدأت أول جولة رصد في 25 فبراير 2020. ^{[ 12 ] [ 13 ]} وبسبب جائحة كوفيد-19 ، انتهت جولة الرصد في 21 أبريل 2020. ^{[ 14 ]} بلغت حساسية الرصد خلال هذه الجولة 660 كيلوبارسيك فقط (مدى اقتراب النجوم النيوترونية الثنائية). ^{[ 15 ]} وهذا أقل من 1% من حساسية مرصد ليغو خلال نفس الجولة، وحوالي 10% من حساسية مرصد كاغرا المتوقعة لهذه الجولة. ^{[ 16 ]} على الرغم من أن الحساسية لم تصل إلى المستوى المخطط له (25-130 ميجابارسيك) لجولة الرصد O4، ^{[ 3 ]} فقد انضم مرصد كاغرا إلى جولة O4b في 25 مايو 2023 بحساسية 1 ميجابارسيك. ^{[ 17 ]}

• البحث عن موجات الجاذبية باستخدام التداخل الأرضي بواسطة LIGO و Virgo و KAGRA
• TAMA300 ، نموذج أولي مبكر في اليابان.
• كليو ، نموذج أولي حالي يعمل على تطوير تقنيات التبريد العميق.
• DECIGO ، وهو مقياس تداخل فضائي ياباني مقترح.

• الصفحة الرسمية (الإنجليزية)
• سجل تجربة KAGRA على INSPIRE-HEP