Nowy sposób wykrywania fal grawitacyjnych pomoże lepiej poznać Wszechświat
Naukowcy przedstawili nowy sposób wykrywania fal grawitacyjnych w zakresie częstotliwości miliherców. Podejście to mogłoby pomóc zbadać zjawiska kosmiczne, których nie da się zaobserwować przy użyciu obecnych instrumentów.
Fale grawitacyjne, to jak tłumaczą badacze, przemieszczające się z prędkością światła w próżni odkształcenie w czasoprzestrzeni, były obserwowane w wysokich częstotliwościach za pomocą naziemnych interferometrów, takich jak LIGO i VIRGO, oraz w ultra niskich wykorzystując pomiar czasu pulsarów. Jednak zakres średnich częstotliwości pozostawał wciąż niewykorzystany.
Opracowany przez naukowców z University of Birmingham i University of Sussex opracowali nowy sposób wykrywania fal grawitacyjnych, dzięki nowemu typowi detektora wykorzystującemu najnowocześniejsze technologie optyczne i zegary atomowe, w trudnym do uchwycenia paśmie częstotliwości miliherców (10⁻⁵–1 Hz). Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Classical and Quantum Gravity”.
Badacze zaprojektowali specjalny detektor wykorzystujący zaawansowaną technologię optyczną, pierwotnie opracowaną dla zegarów atomowych, do pomiaru niewielkich przesunięć fazowych światła laserowego spowodowanych przechodzeniem fal grawitacyjnych. W przeciwieństwie do interferometrów wielkogabarytowych detektory te byłyby mniejsze i stosunkowo odporne na zakłócenia sejsmiczne.
„Wykorzystując technologię opracowaną w kontekście optycznych zegarów atomowych, możemy rozszerzyć zasięg wykrywania fal grawitacyjnych na zupełnie nowy zakres częstotliwości za pomocą instrumentów, które mogą mieścić na stole laboratoryjnym. Otwiera to ekscytującą możliwość zbudowania globalnej sieci takich detektorów i poszukiwania sygnałów, które w przeciwnym razie pozostałyby ukryte przez co najmniej kolejną dekadę” – mówi Vera Guarrera z University of Birmingham.
Astronomowie zakładają, że pasmo częstotliwości miliherców – czasami nazywane „pasmem środkowym” – będzie zawierało sygnały z różnych źródeł kosmicznych, w tym z zwartych układów podwójnych białych karłów i fuzji czarnych dziur. Nadchodzące misje, takie jak LISA (Laser Interferometer Space Antenna), również będą miały na celu zbadanie tego pasma częstotliwości, ale ich start zaplanowano na lata 30. XXI wieku. Zaproponowany nowy sposób wykrywania fal grawitacyjnych z wykorzystywaniem detektorów optycznych mogłyby rozpocząć badanie tego obszaru już teraz.
„Detektor ten pozwali nam testować astrofizyczne modele układów podwójnych w naszej galaktyce, badać zjawisko łączenia się masywnych czarnych dziur, a nawet poszukiwać fal tła z wczesnego Wszechświata. Dzięki tej metodzie będziemy dysponować narzędziami, które pozwalają nam rozpocząć badanie tych sygnałów z Ziemi, otwierając drogę dla przyszłych misji kosmicznych” – twierdzi Xavier Calmet z University of Sussex.
Jak podkreślają naukowcy, chociaż przyszłe misje kosmiczne, takie jak LISA, będą oferowały doskonałą czułość, ich realizacja nastąpi dopiero za ponad dziesięć lat. Nowy sposób wykrywania fal grawitacyjnych zapewnia natychmiastowy i tani sposób badania pasma środkowego.
Badanie sugeruje również, że zintegrowanie tych detektorów z istniejącymi sieciami zegarów mogłoby rozszerzyć wykrywanie fal grawitacyjnych na jeszcze niższe częstotliwości, uzupełniając obserwacje wysokich, za pomocą LIGO.
Każdy detektor składa się z optycznych wnęk – układu luster, które ograniczają fale świetlne i zegarów atomowych, co umożliwi wielokanałowe wykrywanie sygnałów fal grawitacyjnych. Jak wskazują astronomowie taka budowa zwiększy czułość, ale także pozwali na identyfikację kierunku źródła.
Emil Gołoś
