Ученые разработали новый метод для повышения чувствительности детекторов гравитационных волн, успешно решив одну из основных задач: микроскопические тепловые искажения в массивных зеркалах, которые находятся в центре детекторов.
Метод, предложенный исследователями из Калифорнийского университета в Риверсайде, применяет тепловизионную съемку для обнаружения деформаций, возникающих от сильных лазеров, что может помочь LIGO и другим современным обсерваториям идентифицировать более слабые и удаленные события.
«Задача следующего поколения детекторов гравитационных волн — повысить чувствительность примерно в 10 раз по сравнению с текущими инструментами, — поясняет ведущий исследователь, доцент кафедры физики и астрономии UC Riverside Джонатан Ричардсон. — Одним из основных препятствий является уменьшение фундаментального квантово-механического шума, который ограничивает точность измерений».
LIGO — это лазерно-интерферометрическая обсерватория для обнаружения гравитационных волн — колебаний в пространстве-времени, порождаемых ускоряющимися массивными объектами, измеряя изменения расстояния меньшие ширины протона. Для этого лазеры проходят через 4-километровую обсерваторию с мощностью, близкой к одному мегаватту. Хотя зеркала LIGO являются одними из самых чистых оптических компонентов, когда-либо созданных, они все же поглощают незначительную долю лазерного света. Возникающее тепло изменяет форму зеркал всего на несколько нанометров, что немного искажает лазерный луч и снижает чувствительность детектора.
Исследователи уже знают, как минимизировать искажения, нагревая зеркала по определенной, специально разработанной схеме. Проблема заключалась в том, что для точного определения искажений зеркал необходимо было применить оптимальное нагревание.
Новый подход объединяет инфракрасные тепловые изображения поверхности зеркала с уже существующими измерениями волнового фронта и компьютерными моделями теплового потока для реконструкции оптического искажения зеркал по всему их диаметру. «Это можно сравнить с инфракрасной съемкой автомобильного двигателя, — объясняет 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, этот метод использует коммерчески доступные тепловизионные камеры, установленные снаружи интерферометра. «Нам нужна только тепловизионная камера, соответствующая современным коммерческим стандартам, — подчеркивает Ричардсон. — Разрабатывать новые технологии не требуется, и это почти уникальная ситуация для решения инструментальных проблем LIGO».
Авторы исследования предполагают, что данная технология может повысить чувствительность предстоящей модернизации LIGO A+ на целых 31%, позволяя обсерватории в среднем обнаруживать слияния двойных нейтронных звезд на расстоянии около 10 мегапарсек (примерно 33 миллиона световых лет) дальше, чем это возможно с ее нынешними техническими возможностями. Эта технология также будет включена в базовую конструкцию Cosmic Explorer — перспективной наземной обсерватории гравитационных волн следующего поколения, которая уже строится в США.
Астрономы также зафиксировали повторяющееся извержение черной дыры в режиме реального времени.
Фото: hi-tech.mail.ru