Istraživači su pokazali da je optičko praćenje opruge obećavajući način da se poboljša jasnoća signala detektora gravitacionih talasa. Napredak bi jednog dana mogao omogućiti naučnicima da vide dalje u svemir i pruže više informacija o tome kako se crne rupe i neutronske zvezde ponašaju dok se spajaju.
Interferometri velikih razmera kao što je Napredna laserska interferometarska opservatorija gravitacionih talasa (aLIGO) otkrivaju suptilne distorzije u prostor-vremenu, poznate kao gravitacioni talasi, generisane udaljenim kosmičkim događajima. Omogućavajući naučnicima da proučavaju fenomene koji ne emituju svetlost, merenja gravitacionih talasa otvorila su novi prozor za razumevanje ekstremnih astrofizičkih događaja, prirode gravitacije i porekla univerzuma.
„Kvantna buka je postala ograničavajući izvor buke prilikom merenja gravitacionih talasa“, rekao je Skot M. Aronson, član istraživačkog tima sa Državnog univerziteta Luizijane. „Podešavanjem sistema da reaguje na željenoj frekvenciji, pokazujemo da možete smanjiti ovu buku korišćenjem optičke opruge za praćenje signala koji dolazi iz kompaktnog binarnog sistema. U budućnosti, ovaj binarni sistem bi mogao biti dve crne rupe koje kruže oko svake drugo — unutar naše galaksije ili izvan nje.“
U časopisu Optics Letters, istraživači predvođeni Tomasom Korbitom sa Državnog univerziteta Luizijane u saradnji sa laboratorijom LIGO na Kalifornijskom institutu za tehnologiju i Thorlabs Cristalline Solutions izveštavaju o eksperimentu sa dokazom koncepta koji pokazuje da dinamičko praćenje može pomoći u smanjenju buke u gravitacionom -detektor talasa.
„Ovo je prvo merenje optičke opruge koja prati signal cilja tokom vremena“, rekao je Aronson, prvi autor rada.
„Ova tehnika dinamičkog praćenja je snažan kandidat za kvantnu redukciju buke u budućnosti. Bilo da se radi o trenutnim interferometrima kao što je LIGO, ili budućim detektorima kao što je Cosmic Ekplorer, praćenje optičkih opruga je vredno istraživanja kako bi se poboljšala osetljivost i unapredila naša sve veća populacija događaji gravitacionih talasa“.
Kada dva objekta u orbiti, kao što su crne rupe, emituju gravitacione talase, njihova frekvencija rotacije se povećava stvarajući ono što je poznato kao cvrkut. Predloženo je da bi usklađivanje frekvencije ovog cvrčka sa podesivom optičkom oprugom moglo smanjiti šum i poboljšati jasnoću signala opservatorije gravitacionih talasa.
Iako se ova ideja istražuje za buduće konfiguracije interferometara, Aronson i kolege su odlučili da sprovedu eksperiment sa dokazom koncepta kako bi pokazali potencijal dinamičkog praćenja u sistemima većih razmera, kao što je opservatorija gravitacionih talasa. Rad je sproveden u okviru LIGO naučne saradnje i veće LIGO/Virgo/KAGRA (LVK) saradnje.
Da bi ovo postigao, koautor Garrett D. Cole iz Thorlabs Cristalline Solutions konstruisao je konzolu koja teži samo 50 nanograma koristeći slojeve aluminijum-galijum-arsenida i galijum-arsenida. Konzola deluje kao ogledalo koje može da „oseti“ pritisak zračenja koji daje laserski snop, stvarajući optičku oprugu koja omogućava istraživačima da istraže interakciju pritiska zračenja laserske svetlosti sa kretanjem konzole.
Da bi testirali sistem za praćenje, istraživači su simulirali dolazni gravitacioni talas ugrađivanjem ciljnog signala u fazu laserskog zraka. Koristili su alternativni signal za kontrolu položaja većeg pokretnog ogledala unutar optičke šupljine. Frekvencija optičke opruge se može podesiti podešavanjem rastojanja između ogledala i konzole.
Otkrijte najnovije u nauci, tehnologiji i prostoru sa preko 100.000 pretplatnika koji se oslanjaju na Phis.org za dnevne uvide.
Prijavite se za naš besplatni bilten i dobijajte novosti o otkrićima,
inovacije i istraživanja koja su važna – dnevno ili nedeljno.
Tokom eksperimenta, istraživači su pomerili ogledalo da bi „pratili“ ciljni signal dok se njegova frekvencija pomerala sa 40 kHz na 100 kHz tokom 10 sekundi. Upoređujući ovaj pristup sa držanjem ogledala u nepokretnom stanju, oni su pokazali da praćenje signala pomoću pokretnog ogledala povećava odnos signal-šum do 40 puta, proizvodeći jasnije merenje.
Istraživači napominju da bi implementacija tehnike dinamičkog praćenja u interferometru velikih razmera zahtevala veoma robusnu povratnu kontrolu svih optičkih komponenti. Ovo može biti posebno izazovno jer kako se nivo snage povećava, pritisak zračenja postaje kritičan u održavanju preciznog pozicioniranja ogledala. Tehnika takođe zahteva prethodne informacije o dolaznom gravitacionom talasu, koje bi se mogle dobiti korišćenjem predloženih svemirskih detektora kao što je LISA.
„Ova tehnika dinamičkog praćenja predstavlja značajan korak ka povećanju osetljivosti detektora gravitacionih talasa, približavajući nas otključavanju misterija najranijih trenutaka univerzuma“, rekao je Aronson.
„Sa budućim generacijama detektora gravitacionih talasa, imaćemo mogućnost da učimo o spajanju kompaktnih objekata formiranih od prve generacije zvezda, ili još egzotičnijih objekata kao što su primordijalne crne rupe nastale ubrzo nakon Velikog praska.
