Новая эра астрономии: наземный детектор открывает «слепую зону» гравитационных волн
Ученые представили революционную концепцию детектора гравитационных волн, способного регистрировать их в миллигерцовом диапазоне частот (10⁻⁵–1 Гц). Это открывает доступ к астрофизическим и космологическим явлениям, которые остаются невидимыми для современных обсерваторий.
Гравитационные волны — рябь на ткани пространства-времени, предсказанная Эйнштейном, — уже наблюдаются наземными интерферометрами (такими как LIGO и Virgo) на высоких частотах и с помощью пульсарных timing массивов на сверхнизких. Однако средний, или «миллигерцовый», диапазон долгое время оставался настоящей научной «слепой зоной».
Разработанная исследователями из Университетов Бирмингема и Сассекса, новая методика использует передовые технологии оптических резонаторов и атомных часов, чтобы уловить эти неуловимые колебания. В отличие от гигантских интерферометров, эти детекторы компактны, помещаются на лабораторный стол и практически невосприимчивы к сейсмическим шумам и шумам ньютоновой гравитации.
Как сообщается в статье, опубликованной в журнале Classical and Quantum Gravity, детектор измеряет крошечные фазовые сдвиги в лазерном луче внутри оптического резонатора, вызванные прохождением гравитационной волны. Эта технология была первоначально отточена при создании высокоточных оптических атомных часов.
Почему это прорыв?
Миллигерцовый диапазон невероятно богат на космические события. Здесь ожидаются сигналы от:
- Двойных систем из белых карликов и других компактных объектов в нашей галактике.
- Слияния сверхмассивных черных дыр в центрах далеких галактик.
- Стохастического фона гравитационных волн от процессов в ранней Вселенной.
До сих пор единственной надеждой на изучение этой области был масштабный космический проект LISA (Laser Interferometer Space Antenna), запуск которого запланирован лишь на 2030-е годы. Новая же технология позволяет начать исследования прямо сейчас с помощью наземных инструментов.
«Используя технологию, созревшую в контексте оптических атомных часов, мы можем расширить возможности регистрации гравитационных волн в совершенно новом частотном диапазоне с приборами, которые помещаются на лабораторный стол, — комментирует соавтор работы доктор Вера Гуаррера (Университет Бирмингема). — Это открывает захватывающую возможность создания глобальной сети таких детекторов и поиска сигналов, которые в противном случае оставались бы скрытыми как минимум еще десятилетие».
Как устроен детектор и что ждет в будущем?
Каждый детекторный модуль состоит из двух перпендикулярных ультрастабильных оптических резонаторов и атомного частотного эталона. Такая конфигурация не только повышает чувствительность, но и позволяет определять поляризацию гравитационной волны и направление на ее источник.
«Этот детектор позволяет нам проверять астрофизические модели двойных систем в нашей галактике, исследовать слияния массивных черных дыр и даже искать стохастический фон из ранней Вселенной, — добавляет соавтор профессор Ксавье Кальме (Университет Сассекса). — С этим методом у нас есть инструменты, чтобы начать исследовать эти сигналы с Земли, прокладывая путь для будущих космических миссий».
Исследователи также предполагают, что интеграция таких детекторов с существующими всемирными сетями атомных часов (используемыми, например, для GPS) может позволить регистрировать гравитационные волны на еще более низких частотах, создавая полноценную многочастотную обсерваторию будущего, которая дополнит данные LIGO и Virgo.
Хотя будущие космические миссии, такие как LISA, предложат беспрецедентную чувствительность, предложенные наземные детекторы предоставляют немедленное и экономически эффективное средство для первого проникновения в тайны миллигерцового диапазона, знаменуя собой начало новой эры в гравитационно-волновой астрономии.
Предоставлено: Университет Бирмингема.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
