لايگو،مخفف رصدخانه امواج گرانشي تداخل‌سنج ليزري، (LIGO) از ويژگي‌هاي فيزيكي نور و فضا براي رديابي و درك منشا امواج گرانشي بهره‌برداري مي‌كند.
لايگو با هدف آشکارسازی مستقیم امواج گرانشی در سال 1992 به صورت اشتراكي توسط کیپ تورن و رونالد درور از موسسه فناوری يا كلتك و رینر وایس از مؤسسه فناوری ماساچوست يا MIT، سه برنده نوبل فيزيك سال 2017، بنا شد. لیگو پروژه مشترکی بین دانشمندان MIT، كلتك و بسياري از دیگر مراكز از 20 كشور مختلف جهان است. پشتیبان مالی اين پروژه بنیاد ملی علوم است که هزینه‌اي برابر 365 میلیون دلار به ايجاد آن اختصاص داده‌است.
اگرچه اين آزمايشگاه با نام رصدخانه شناخته مي‌شود، اما لايگو متفاوت با تمامي رصد‌خانه‌هايي است كه تاكنون در زمين ساخته شده‌است. اين تفاوت را با مقايسه تصاوير لايگو با يك رصدخانه معمولي نيز مي‌توان متوجه شد.
لايگو برخلاف رصدخانههاي معمولي هيچ گنبد و تلسكوپي ندارد،اما از آنجايي كه در فضا به دنبال امواج گرانشي است، آن را رصدخانه مي‌نامند. اين آزمايشگاه در حقيقت بيشتر يك آزمايشگاه فيزيكي است تا نجومي،آزمايشگاهي فيزيكي با ابعادي بزرگ و پيچيدگي‌هاي بزرگترين شتاب‌دهنده‌هاي ذره‌اي و آزمايشگاه‌هاي اتمي جهان.
باوجود اينكه ماموريت اين مركز رديابي امواج گرانشي است، داده‌هايي كه توسط اين مركز گرد‌آوري مي‌شوند بر حوزه‌هاي فيزيكي مانند گرانش، نسبيت، فيزيك اخترشناسي، كيهان‌شناسي، فيزيك ذرات و فيزيك هسته‌اي تاثيري فراتر از حد تصور خواهند داشت.
با اين‌همه از آنجايي كه لايگو نام رصدخانه را به دنبال دارد بهتر است ابتدا تفاوت اين مجموعه با رصد‌خانه‌هايي كه در باور عمومي ثبت شده‌اند را بازگو كرد:
- لايگو نابينا است
برخلاف تلسكوپ‌هاي نوري و راديويي، لايگو نمي‌تواند تشعشعات الكترومغناطيسي (نور مرئي، امواج راديويي، ماكروويو) را مشاهده كند زيرا امواج گرانشي بخشي از طيف الكترومغناطيسي نيستند. در حقيقت تشعشعات الكترومغناطيسي براي لايگو به اندازه‌اي غيرضروري است كه كاملا نسبت به آن عايق شده‌است و نمي‌تواند چيزي را ببيند، درعوض مي‌تواند امواج گرانشي نامرئي را حس كند.
- لايگو كروي نيست
از آنجايي كه اين مجموعه نيازي به جمع‌آوري نور ستاره‌ها يا ديگر اجرام موجود در جهان را ندارد، نيازي به كروي بودن يا نيم كره‌اي بودن، شكل‌هايي كه به جمع‌آوري بيشتر تشعشعات الكترومغناطيسي كمك مي‌كنند، نخواهد بود. لايگو به جاي داشتن چشمي شبيه به رصدخانه ةاي نجومي،داراي دو گوش بلند به طول 4 كيلومتر است كه از لوله‌هاي فولادي خلاء به قطر 1.2 متر تشكيل شده‌اند. اين لوله‌ها به شكل L در كنار هم قرار گرفته‌اند و توسط لايه‌اي وسيع و ضخيم بتني از جهان بيرون مجزا شده‌اند.
- لايگو به تنهايي كار نمي‌كند
اگرچه يك رصدخانه نجومي به تنهايي مي‌تواند از پس جمع‌آوري اطلاعات برآيد، رصدخانههاي امواج گرانشي نمي‌توانند به تنهايي به رصد اين امواج بپردازند. تنها راه قطعي رديابي يك موج گرانشي،عملكرد هماهنگ با قل ديگري است كه در فاصله‌اي دورتر قرار دارد تا به اين شكل ارتعاشات محلي به اشتباه به عنوان امواج گرانشي تصور نشوند.
آزمایشی که در این رصدخانه انجام می‌شود تقریبا مشابه آزمایش مایکلسون-مورلی است. این پروژه از دو آشکارساز استفاده می‌کند. یکی از آنها در ایالت واشنگتن و دیگری در لوئیزیانا قرار گرفته است.
همانطور كه گفته شد هر آشکارساز به شکل یک L خیلی بزرگ است، با دو بازو به طول 4 کیلومتر. نور لیزر درون هر بازو به طور مرتب بازتاب داده می‌شود. یک ساعت اتمی بسیار دقیق، مدت زمان رفت و برگشت نور ليزر از ابتدا به انتهاي بازو را محاسبه مي‌كند. در حالت عادی، هر دو بازو طولي برابر دارند بنابراین مدت زمان سفر نور در هر دو بازو يكسان است.
زماني كه يك موج گرانشي عبور مي‌كند، فضا زمان در اين منطقه مختل مي‌شود، متناسب با منبع اين موج و ميزان قطبيدگي آن، عبور موج باعث تغيير طول در يك يا هردو بازو خواهد شد. اين تغيير طول ميان پرتوهاي ليزري باعث مي‌شود تا مقدار نور در بازوها با نوري كه از مقابل مي‌آيد تداخل پيدا كند. به بياني ديگر اين مركز به واسطه رديابي اثرات اين امواج در فضا-زمان به جستجوي آن مي‌پردازد: زماني كه موجي عبور مي‌كند، موجب انبساط فضا در يك جهت شده و در جهتي عمودي آن را منقبض مي‌سازد.
لايگو رديابي اين تغييرات را با استفاده از تجهيزاتي به نام تداخل‌سنج انجام مي‌دهد، اين ابزار يك پرتو ليزري را به دو بخش تقسيم كرده هريك را به صورت عمودي به سمت ديگري شليك مي‌كند. اگر پرتوها مسافت‌هاي يكساني را بپيمايند، به واسطه آينه‌هايي بازتابيده شده و بازگردند، بايد در همان راستايي قرار داشته باشند كه در ابتدا تابيده شده‌اند. اما عبور يك موج كيهاني از اين ميان مي‌تواند مسافتي كه هر پرتو نسبت به پرتو ديگر طي مي‌كند را دچار تغيير سازد و زماني كه پرتوها به منبع خود باز مي‌گردند، دانشمندان مي‌توانند تغييراتي كه در آنها رخ داده را رديابي كنند.
با اين همه امواج گرانشي مي‌توانند بازوهاي ليزري تداخل‌سنج را دچار تغييراتي بسيار كوچك سازند: تغييري به اندازه 1/10000 از عرض يك هسته اتم. براي پي بردن به چنين تغيير كوچكي لايگو بايد مي‌توانست تمامي ديگر منابع ايجاد نويز و پارازيت، از جمله زمين‌لرزه‌ها و ترافيك خيابان‌هاي نزديك به مركز را حذف كند. اگرچه اين مركز براي بيش از يك دهه در كشف امواج گرانشي ناموفق عمل كرد، اما ارتقايي كه در سيستم آن ايجاد شد در نهايت به كشف اين امواج كليدي منتهي شد.
- چرا امواج گرانشي؟
امواج گرانشي در حقيقت رويكردي جديد براي رصد فضا هستند. براي مثال امكان رديابي امواج ناشي از انفجار بزرگ را فراهم مي‌آورند و مي‌توانند اطلاعات بيشتري درباره چگونگي شكل‌گيري جهان هستي در اختيار دانشمندان قرار دهند. برخورد سياهچاله‌ها، انفجار ابرنواختران و نوسانات ستاره‌هاي نوتروني نيز مي‌توانند عامل ايجاد اين امواج باشند. از اين رو رديابي امواج گرانشي مي‌تواند ديدگاهي جديد از عوامل ايجاد كننده رويداد‌هاي كيهاني خلق كنند.
با كمك اين امواج دانش نجوم متفاوت‌تر از هميشه خواهد شد. دانش نجوم با استفاده از اين امواج راهكاري براي رديابي اجرامي مانند سياهچاله‌ها و ستاره‌هاي نوتروني و اجرامي كه شايد هنوز كسي از وجود آنها خبر ندارد، يافته‌است كه از خود نور مرئي ساطع نمي‌كنند، به بياني ديگر مرئي نبوده و با چشم قابل مشاهده نيستند؛ اما با كمك اين امواج، چنين پديده‌هاي نامرئي نيز قابل مطالعه خواهند‌شد.
در نهايت، امواج گرانشي مي‌توانند به فيزيكدانان در درك قوانين بنيادين جهان هستي كمك كنند. اين امواج در حقيقت بخشي كليدي از نظريه نسبيت عام اينشتين به شمار مي‌رود، با كشف آنها مداركي بيشتر از حقيقي بودن سياهچاله‌ها در اختيار دانشمندان قرار گرفته‌است، پديده‌هايي كه مدت‌ها است اخترشناسان را دچار سردرگمي كرده‌اند. به بياني ديگر، اين امواج تصويري كاملا متفاوت را از جهان هستي ترسيم خواهند‌كرد. دیوید ریتز از رصدخانه گرانشی-تداخل‌سنجی لیزری،لايگو، مي‌گويد این اولین باری است که جهان از طریق امواج گرانشی با ما سخن میگوید، ما تا به امروز نسبت به این امواج ناشنوا بوده‌ایم.