Новая технология позволяет LIGO заглянуть дальше во Вселенную
Ученые нашли новый способ повысить чувствительность детекторов гравитационных волн, решив одну из главных проблем: микроскопические тепловые искажения в массивных зеркалах, находящихся в сердце детекторов.
Светлана ЛевченкоАвтор новостей
Методика, предложенная специалистами Калифорнийского университета в Риверсайде, использует тепловизионную съемку для выявления деформаций, вызванных мощными лазерами, что может позволить LIGO и другим современным обсерваториям обнаруживать более слабые и далекие события.
«Цель следующего поколения детекторов гравитационных волн — достичь примерно в 10 раз большей чувствительности, чем у сегодняшних инструментов, — объясняет руководитель исследования, доцент кафедры физики и астрономии UC Riverside Джонатан Ричардсон. — Одним из ключевых препятствий является снижение фундаментального квантово-механического шума, который ограничивает точность измерений».
LIGO (англ. Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) — лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория, которая обнаруживает гравитационные волны — рябь в пространстве-времени, создаваемую ускоряющимися массивными объектами, — измеряя изменения расстояния меньше ширины протона. Для этого лазеры циркулируют через 4-километровую обсерваторию с мощностью, приближающейся к одному мегаватту. Несмотря на то, что зеркала LIGO — одни из самых чистых оптических компонентов, когда-либо созданных, они все же поглощают крошечную долю лазерного света. Возникающее тепло изменяет форму зеркал всего на несколько нанометров, слегка искажая лазерный луч и снижая чувствительность детектора.
Ученые уже знают, как противодействовать искажениям, нагревая зеркала по определенной, специально рассчитанной схеме. Проблема заключалась в том, что бы точно определить, как именно зеркала искажены, чтобы применить к ним оптимальную схему нагрева.
Новый метод сочетает инфракрасные тепловые изображения поверхности зеркала с существующими измерениями волнового фронта и компьютерными моделями теплового потока для реконструкции оптического искажения зеркал по всему их диаметру. «Можно представить это как инфракрасную съемку автомобильного двигателя, — поясняет Ричардсон. — Инженер может взглянуть на температуру снаружи и сделать вывод о том, что происходит внутри. Мы делаем то же самое с зеркалами LIGO».
В отличие от многих модернизаций LIGO, подход опирается на коммерчески доступные тепловизионные камеры, установленные снаружи интерферометра. «Нам нужна лишь тепловизионная камера, которая уже соответствует сегодняшним коммерческим стандартам, — отмечает Ричардсон. — Разрабатывать новые технологии не требуется, и это почти неслыханная ситуация для решения инструментальных проблем LIGO».
Авторы работы оценивают, что технология может улучшить чувствительность предстоящей модернизации LIGO A+ на целых 31%, позволив обсерватории в среднем обнаруживать слияния двойных нейтронных звезд примерно на 10 мегапарсек (около 33 миллионов световых лет) дальше, чем позволяют ее нынешние технические возможности. Эта же технология также станет частью базовой конструкции Cosmic Explorer — перспективной наземной обсерватории гравитационных волн следующего поколения, которая уже строится в США.
Ранее астрономы в режиме реального времени зафиксировали повторяющееся извержение черной дыры.
космосПоделиться
