Учёные создали настольный детектор гравитационных волн, способный «разглядеть» слепую зону Вселенной

University of Birmingham
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 (10–1 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».

Также по теме: