Введение к работе
~..і і
. -.: \
~~- -Актуальность темы. Экспериментальный поиск космического гравитационного излучения — важное направление современных фундаментальных физических исследований. Непосредственное обнаружение гравитационных волн (ГВ> может стать началом освоения нового канала астрофизической информации. Комплексное исследование Вселенной в оптическом, радио, рентгеновском диапазоне, по нейтринному излучению дополнится также ГВ—наблюдениями. ГВ—канал явится, по-видимому, источником уникальных наблюдательных данных для изучения недр галактик, квазаров, шаровых скоплений, процессов гравитационного коллапса, внутреннего строения релятивистских звезд и даже Физических условий на самых ранних стадиях эволюции Вселенной f1 — 4].
В ограниченном смысле ГВ—астрономия существует.уже сегодня. Роль гравитационного излучения учитывается при качественном и количественном об'яснении свойств катаклизмнческих переменных звезд, компактных рентгеновских источников, в моделях эволюции двойных систем 3,41. В частности, систематическое уменьшение орбитального периода двойного пульсара PSR 1913+16 вследствии потери энергии на ГВ—излучение, другие релятивистские эффекты в его движении уверенно регистрируйтея средствами современной наб— лмдательной астрономии и успешно используются для определения все более тонких физических свойств данной двойной системы. Однако, это не может заменить непосредственную регистрации ГВ-излучения, освоение методов его приема и создание наземной наблюдательной ГВ-службы, что и будет означать реальное появление ГВ-астрономии.
Основа ГВ—экспериментальной базы ближайшего времени — наземные гравитационные антенны двух основных типов 111 , техника ко— рых отработана сегодня достаточно подробно, а потенциальные возможности ясны. Это, во—первым, резонансные твердотельные цилиндрические детекторы и, во—вторых, большвбаооаые лазерно—интерфе— ронетрическиа антенны. Характерной особенностью обоих типов детекторов является их неизотропность в отмовяч»її і падлтввго ГВ—излучения, т.е. наличие выраженной диаграиы направленности.
Начиная со второй половины ЕО-х годов, радикальней тенденцией ГВ-экспврииента стало стремление к организации широко разнесенных мировых (глобальных) сетей граэитвциснмых датокгс*эез или, иными слоэами, - создениэ глобальных ентек»е»і полїгЛ 13 - 0| .
І-ЮГІ L J
- 2 -Первая подобная интернациональная сеть криогенных твердотельных
ГВ—антенн с уровнем чувствительности к вариации метрики простран—
-18 ства-еремени h «*» 10 об'єктивно имеет все предпосылки для введения в строй уже сегодня. Перспективное лазерно—интерферометри-ческое направление ГВ—эксперимента, вступая сейчас в фазу крупномасштабной реализации и строительства, сразу ориентировано на создание единой мировой сети гравитационных обсерваторий 17 — 91 .
Первичная проблема обнаружения (экспериментального открытия) ГВ—излучения уже сама по себе настоятельно требует непрерывного и всеохватывающего (по небесной сфере) слежения за ГВ—фоном в схеме совпадений, что ведет к увеличении эффективной чувствительности антенн за счет отфильтровыаания ложных негравитационных помех локального и регионального масштаба, а также понижает вероятность пропуска ГВ—всплеска.
Следуишая перспективная задача — постоянные астрофизические ГВ—наблюдения — вообще немыслима без большебазовой антенной сети на Земле (по крайней мере в части позиционных и аиплитудно-поля— 'риэациомных измерений).
К настоящему времени стал ясен достаточно широкий круг вопросов ГВ—тематики, решаемых исключительно только созданием глобального антенного паля.
Анализ принципов работы, режимов функционирования, оптимальной структуры суммарной диаграммы направленности широких антенных сетей приобрел в последние годы важное значение в экспериментальной ГВ—физике и ГВ—астрономии.
Цели работы. 1. Исследование задач ориентациснной оптимизации антенн мировой сети гравитационных обсерваторий по критериям а) максимальной эффективности схемы совпадений, б) минимальной вероятности пропуска ГВ—события. 2. Решение задачи извлечения позиционных и амплитудно—поляризационных параметров импульсного гравитационного излучения по реакции глобальной сети твердотельных гравантенн. 3. Анализ корреляционных эффектов, отмеченных гравитационными и нейтринными детекторами во время сепышки Сверхновой 1987А.
Научная новизна и личный вклад автора. Систематизирован круг задач, решаемых созданием глобального антенного поля соответствующей оптимальной конфигурации.
Разработана методика решения задачи оптимизации азимутальных ориентации ГВ—антенн мировой сети (при заданном наборе станций) по критерию максимального сближения диаграмм направленности детекторов .
Решена задача восстановления параметров импульсного ГВ—сигнала по отклику глобальной сети твердотельных детекторов. Исследованы вопросы единственности и устойчивости ее решения. Предложен алгоритм восстановления искомых параметров. Выполнены модельные вычисления для гипотетического источника в центре Галактики.
Проведено сравнительное исследование трех различных интерфе— рометрических конфигураций лазерного комплекса как детектора гравитационных волн.
Впервые вычислена степень направленности римского и мэриленд— ского ГВ—детекторов на СН 19S7A в день ее вспышки во время отмеченного воздействия на эти антенны. Представлены результаты, полученные для различных моделей спектра ГВ—вспышки.
Практическая ценность работы. Создание ГВ—обсерваторий, оснащенных тяжелыми криогенными твердотельными антеннами, а тем более большейазовими л^гсгрі-к^и интерферометрами (длина плеч до 3 — 4 км), требуют крупных капиталовложений |9І . Это накладывает большую ответственность нл предварительный расчет геометрии мировой сети станций. Методы расчета оптимальных конфигураций детекторных сетей, развитые в работе, позволяют заранее определять и анализировать структуру результирующего глобального антенного поля. Оптимальное планирование сети обеспечивает экономию средств, затрачиваемых на строительство.
В ргмках гравитационно—волновой программы Государственного Астрономического института им. П.К.Штернберга практическую ценность представляют: 1. Конкретный расчет оптимального включения проектируемой криогенной ГВ—антенны ГАИШ в существующую первую интернациональную сеть. 2. Оценка эффективности планируемого Баксанского лазерного ГВ-интерферомвтра ГАИШ по его местоположению на Земле и по отношению к другим планируемым в мире лазерным гравитационным обсерваториям.
- 4 -Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Ппучной конференции МГУ им. М.Б.Ломоносова "Ломоносовские чтения" < 1990 г.), на Международной школе "Космология и частицы" ( Саксонская нейтринная обсерватория ИЯИ АН СССР, 1991 г.), на Международной конференции "Обратные задачи в естественных науках" ( МГУ им. М.В.Ломоносова, 1991 г.), на заседаниях Координационного Совета по гравиметрии ГАИШ, Совета по астрофизики ГАИШ, а также неоднократно на семинарах отдела гравитационных измерений
глиш.
Публикации. По теме диссертации опубликовано S статей.
Структура и об'ей диссертации. Работа состоит на введения,
3-х глав и заключения, занимающих /ІЗ страниц машинописного
ei**»t«, о>ОЧ ргк-ymuw г-№ 04 О Ul|iwwi4aji п «_| от
Ц страницах. Обмий об'єм диссертации /11
текста, оІЬч рисунков ні oto страницах и списка литературы на
страниц.
Защищаеныа положения.
-
Методика ориентационной оптимизации ГВ—детекторов глобальной антенной сети по критерии эффективности схемы соападе-
-
Алгоритмы и анализ решения задачи восстановления параметров импульсного ГВ-иолучения по отклику широкой мировой сети твердотельных резонансных гравитационных антенн.
-
Сравнительный анализ грех интерферометрических конфигураций лазерного коплекса Мойкельсомовского типа с точки орв— мин эффективности обнаружения изотропного космического ГВ-иолучения.
-
Расчет согласованности совместной диаграммы направленности антенной пары римского и мэриламдекого гравитационных детекторов с возможным гравитационным излучением СН 1987А во время эффекта корреляционного "возрастания шумового фона" »тих антенн
3. Расчет оптимальной азимутальной4ориентации конструируемой твердотельной криогенной ГВ-антенны ГАИЯ при ее интегрировании в существующую шнровум сеть криогенных резонансным детекторов.