|
Точные наблюдения гравитационно-волновых объектов
|
|
|
|
Технология обнаружения гравитационно-волновых объектов готова совершить большой скачок вперед благодаря усовершенствованной аппаратуре, разработанной физиком Джонатаном Ричардсоном из Калифорнийского университета в Риверсайде. В статье, подробно описывающей изобретение, опубликованной в журнале Optica, сообщается об успешной разработке и испытаниях FROSTI, полномасштабного прототипа для управления волновыми фронтами лазера при экстремальных уровнях мощности внутри гравитационно-волновой обсерватории с лазерным интерферометром, или LIGO.
|
|
|
|
LIGO — это обсерватория, которая обнаруживает гравитационные волны - рябь в пространстве-времени, вызванную массивными ускоряющимися объектами, такими как сливающиеся черные дыры. Она первой подтвердила их существование, подтвердив теорию относительности Эйнштейна. LIGO использует два лазерных интерферометра длиной 4 км в Вашингтоне и Луизиане для улавливания этих сигналов, открывая новое окно во Вселенную и углубляя наше понимание черных дыр, космологии и экстремальных состояний материи.
|
|
|
|
Зеркала LIGO являются одними из самых точных и тщательно спроектированных компонентов обсерватории. Диаметр каждого зеркала составляет 34 см, толщина - 20 см, а вес - около 40 кг. Зеркала должны оставаться абсолютно неподвижными, чтобы обнаруживать искажения в пространстве-времени, размеры которых меньше 1/1000 диаметра протона. Даже малейшая вибрация или возмущение окружающей среды могут заглушить сигнал гравитационных волн.
|
|
|
|
|
|
|
"В основе нашей инновации лежит новое адаптивное оптическое устройство, разработанное для точного изменения формы поверхностей основных зеркал LIGO при мощности лазера, превышающей 1 мегаватт, что более чем в миллиард раз мощнее обычной лазерной указки и почти в пять раз превышает мощность, которую LIGO использует сегодня", — сказал Ричардсон, доцент кафедры физика и астрономия. "Эта технология открывает новый путь для будущего гравитационно-волновой астрономии. Это важный шаг на пути к созданию следующего поколения детекторов, таких как Cosmic Explorer, которые позволят заглянуть во Вселенную глубже, чем когда-либо прежде".
|
|
|
|
FROSTI, сокращение от "Облучатель с фронтальной поверхностью", представляет собой прецизионную систему управления волновым фронтом, которая нейтрализует искажения, вызванные интенсивным лазерным нагревом в оптике LIGO. В отличие от существующих систем, которые могут выполнять только грубую настройку, FROSTI использует сложную систему теплового проецирования для точной настройки более высокого порядка. Это имеет решающее значение для точности, необходимой для будущих детекторов.
|
|
|
|
Несмотря на свое ледяное название, технология FROSTI работает путем тщательного нагрева поверхности зеркала, но таким образом, чтобы вернуть ему первоначальную оптическую форму. Используя тепловое излучение, она создает специальный тепловой рисунок, который сглаживает искажения, не создавая лишнего шума, который мог бы имитировать гравитационные волны.
|
|
|
|
Гравитационные волны были впервые обнаружены LIGO в 2015 году, положив начало новой эре в астрономии. Но чтобы полностью раскрыть их потенциал, будущие детекторы должны быть способны наблюдать более отдаленные события с большей четкостью.
|
|
|
|
"Это означает расширение пределов как мощности лазера, так и точности на квантовом уровне", - сказал Ричардсон. "Проблема в том, что увеличение мощности лазера приводит к разрушению тонких квантовых состояний, на которые мы полагаемся для улучшения четкости сигнала. Наша новая технология устраняет это напряжение, гарантируя, что оптика остается неискаженной даже при мегаваттной мощности".
|
|
|
|
Эта технология поможет расширить представление о Вселенной с точки зрения гравитационных волн в 10 раз, что потенциально позволит астрономам обнаруживать миллионы слияний черных дыр и нейтронных звезд по всему космосу с непревзойденной точностью.
|
|
|
|
Ожидается, что FROSTI сыграет решающую роль в LIGO A#, планируемой модернизации, которая послужит ориентиром для обсерватории следующего поколения, известной как Cosmic Explorer. Хотя нынешний прототип был протестирован на 40-килограммовом зеркале LIGO, технология масштабируема и в конечном итоге будет адаптирована к 440-килограммовым зеркалам, предназначенным для Cosmic Explorer.
|
|
|
|
"Нынешний прототип - это только начало", - сказал Ричардсон. "Мы уже разрабатываем новые версии, способные корректировать еще более сложные оптические искажения. Это фундамент исследований и разработок для гравитационно-волновой астрономии на следующие 20 лет".
|
|
|
|
Источник
|
