Учёные представили новый подход к обнаружению гравитационных волн в миллигерцевом диапазоне частот, что обеспечивает доступ к астрофизическим и космологическим явлениям, недоступным для современных инструментов.
Гравитационные волны — колебания пространства-времени, предсказанные Эйнштейном — наблюдались на высоких частотах наземными интерферометрами, такими как LIGO и Virgo, и на ультранизких частотах с помощью массивов пульсаров. Однако средний диапазон оставался научным слепым пятном.
Разработанный исследователями из университетов Бирмингема и Сассекса новый концепт детектора использует передовые технологии оптических резонаторов и атомных часов для регистрации гравитационных волн в неуловимом миллигерцевом диапазоне частот (10⁻⁵–1 Гц).
Опубликовав своё предложение в журнале Classical and Quantum Gravity, учёные представили детектор, который использует достижения в области технологии оптических резонаторов, первоначально разработанных для оптических атомных часов, для измерения крошечных фазовых сдвигов в лазерном свете, вызванных проходящими гравитационными волнами. В отличие от крупномасштабных интерферометров, эти детекторы компактны и относительно устойчивы к сейсмическим и ньютоновским шумам.
Доктор Вера Гуаррера из Университета Бирмингема прокомментировала: «Используя технологии, разработанные в контексте оптических атомных часов, мы можем расширить возможности обнаружения гравитационных волн в совершенно новом диапазоне частот с помощью приборов, которые помещаются на лабораторном столе. Это открывает захватывающую возможность создания глобальной сети таких детекторов и поиска сигналов, которые в противном случае оставались бы скрытыми как минимум ещё десятилетие».
Миллигерцевый диапазон частот, иногда называемый «средним диапазоном», как ожидается, будет содержать сигналы от различных астрофизических и космологических источников, включая компактные двойные системы белых карликов и слияния чёрных дыр. Амбициозные космические миссии, такие как LISA, также нацелены на этот диапазон частот, но их запуск запланирован на 2030-е годы. Предлагаемые детекторы на основе оптических резонаторов могут начать исследование этого диапазона уже сейчас.
Профессор Ксавье Кальмет из Университета Сассекса прокомментировал: «Этот детектор позволяет нам тестировать астрофизические модели двойных систем в нашей галактике, исследовать слияния массивных чёрных дыр и даже искать стохастические фоны ранней Вселенной. С помощью этого метода у нас есть инструменты для начала исследования этих сигналов с земли, открывая путь для будущих космических миссий».
Хотя будущие космические миссии, такие как LISA, предложат более высокую чувствительность, их запуск состоится более чем через десятилетие. Предлагаемые детекторы на основе оптических резонаторов предоставляют немедленные и экономически эффективные средства для исследования миллигерцевого диапазона.
Исследование также предполагает, что интеграция этих детекторов с существующими сетями часов может расширить возможности обнаружения гравитационных волн даже на более низких частотах, дополняя обсерватории высокой частоты, такие как LIGO.
Каждый блок состоит из двух ортогональных ультрастабильных оптических резонаторов и эталона атомной частоты, что позволяет осуществлять многоканальное обнаружение сигналов гравитационных волн. Такая конфигурация не только повышает чувствительность, но и позволяет идентифицировать поляризацию волн и направление источника.
Предоставлено Университетом Бирмингема.