14 сентября 2015 года впервые были зарегистрированы гравитационные волны, предсказанные за 99 лет до этого. С момента открытия прошло десять лет, за которые совершено множество научных прорывов. В частности, к детектированию высокочастотных колебаний установками LIGO и Virgo добавился метод низкочастотного детектирования по сетке радиопульсаров, но средний диапазон частот был недоступен для учёных. Теперь они предложили устранить этот пробел.
Идею предложили учёные из Бирмингемского университета (University of Birmingham). Этот новый подход должен привести к обнаружению гравитационных волн в миллигерцовом диапазоне частот, который позволит исследовать астрофизические и космологические явления, недоступные для современных инструментов.
Гравитационные волны — рябь в пространстве-времени, предсказанная Эйнштейном, — были обнаружены на высоких частотах с помощью наземных интерферометров, таких как LIGO и Virgo, а позже — в 2023 году — на сверхнизких частотах с помощью радиопульсаров. Однако диапазон средних частот оставался «слепым пятном» для науки. Новая концепция детектора опирается на передовые технологии оптических резонаторов и атомных часов для регистрации гравитационных волн в неуловимом миллигерцовом диапазоне частот (10⁻⁵–1 Гц).
В свежей работе, опубликованной в журнале Classical and Quantum Gravity, учёные представили детектор, в котором используются достижения в области технологии оптических резонаторов, изначально разработанных для оптических атомных часов, для измерения мизерных фазовых сдвигов в лазерном свете, вызванных прохождением гравитационных волн. В отличие от крупномасштабных интерферометров с многокилометровыми плечами эти детекторы компактны и относительно устойчивы к сейсмическим и другим помехам.
Каждый блок предложенного детектора миллигерцового диапазона состоит из двух ортогональных сверхстабильных оптических резонаторов и атомных часов, что позволяет осуществлять многоканальное обнаружение гравитационных волн. Такая конфигурация не только повышает чувствительность, но и позволяет определять поляризацию волн и направление на источник.
Один из авторов разработки заявил: «Используя технологию, созданную для 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 захватывающие перспективы создания глобальной сети таких детекторов и поиска сигналов, которые в противном случае оставались бы незамеченными ещё как минимум десять лет».
Ожидается, что в миллигерцовом диапазоне частот, который иногда называют «средним диапазоном», будут присутствовать сигналы от различных астрофизических и космологических источников, в том числе от компактных двойных систем, состоящих из белых карликов, и от слияний чёрных дыр. Будущие космические гравитационно-волновые миссии, такие как LISA, также нацелены на этот диапазон частот, но их запуск запланирован на 2030-е годы, тогда как предлагаемые детекторы на основе оптических резонаторов могут начать исследовать эту область уже сейчас.
Учёные продолжают раскрывать перспективы разработки: «Этот детектор позволит нам тестировать астрофизические модели двойных систем в нашей галактике, изучать слияния массивных чёрных дыр и даже искать стохастические фоны из ранней Вселенной. С помощью этого метода мы можем начать изучать эти сигналы на Земле, открывая путь для будущих космических миссий».
Больше интересных новостей на сайте 3DNews:
• Keenetic ушёл из России — вместо него теперь Netcraze, но для пользователей ничего не поменялось
• AMD, вероятно, решила одну из самых серьезных проблем с генерацией кадров
• Google объяснила, как Android будет блокировать приложения от непроверенных разработчиков — и как это обойти