Un equipo internacional de físicos ha creado un pequeño sensor de movimiento basado en un interferómetro que podría utilizarse para mejorar el rendimiento de los detectores de ondas gravitacionales. El dispositivo de tamaño centimétrico puede medir el desplazamiento de masas de prueba con una precisión subpicómica a bajas frecuencias. Los investigadores creen que sus innovaciones técnicas podrían generar nuevas oportunidades en la detección de ondas gravitacionales, permitiendo a los astrónomos observar eventos que hasta ahora habían permanecido oscurecidos por el ruido. También podría utilizarse en otros campos, incluida la sismología y la metrología.
Los observatorios LIGO y Virgo son interferómetros de kilómetros de tamaño que detectan ondas gravitacionales monitorizando las posiciones de grandes espejos, que sufren desplazamientos excepcionalmente pequeños cuando una onda gravitacional atraviesa la Tierra. Hasta ahora, han captado docenas de señales de ondas gravitacionales, en gran parte procedentes de fusiones de pares de agujeros negros de masa estelar. Basándose en este éxito inicial, los astrónomos ahora esperan detectar las ondas gravitacionales de menor frecuencia generadas por las fusiones de agujeros negros de masa intermedia mucho más grandes, que son cientos, o incluso miles, de veces la masa del Sol.
Desafortunadamente, el ruido sísmico y de otro tipo actualmente impide que LIGO y Virgo alcancen la sensibilidad necesaria para medir estas señales de baja frecuencia. El efecto de este ruido se puede controlar hasta cierto punto monitorizando y amortiguando los movimientos que provoca en los espejos y otros componentes de los observatorios.
Componentes comerciales
Ahora, Jiri Smetana en la Universidad de Birmingham y sus colegas han utilizado componentes ópticos disponibles comercialmente para crear un detector de desplazamiento que, según afirman, es adecuado para estos sistemas de supresión de ruido.
El sensor consta de dos interferómetros Michelson accionados por un único láser. Cada interferómetro comprende un cabezal sensor y un espejo. Uno de los cabezales sensores forma parte de un circuito de retroalimentación que estabiliza la frecuencia del láser, aumentando así el rendimiento del sistema.
La compresión cuántica aumenta el rendimiento de los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo
El equipo utilizó una técnica llamada modulación de frecuencia profunda para calcular el desplazamiento de los espejos a partir de las franjas medidas del interferómetro. Esta técnica permite detectar pequeños movimientos en una amplia gama de frecuencias. De hecho, el sistema tenía una sensibilidad de 0.3 pm/√Hz a una frecuencia de 1 Hz y es 300 veces mejor que un tipo de sensor que se utiliza actualmente en LIGO.
El sensor tiene solo unos pocos centímetros de tamaño, lo que lo convierte en un candidato adecuado para futuras actualizaciones de los detectores de ondas gravitacionales existentes, actualizaciones que podrían implementarse con un impacto mínimo en su infraestructura existente.
Con estas mejoras implementadas, los investigadores sugieren que los astrónomos podrían detectar fusiones entre agujeros negros de masa intermedia por primera vez. Tener la capacidad de medir señales de baja frecuencia también sería útil para la astronomía multimensajero, permitiendo detectar señales con mayor antelación a los eventos de fusión. El sensor también podría utilizarse en otros instrumentos que detectan pequeños desplazamientos, como balanzas de torsión y sismómetros.
La investigación se describe en Revisión física aplicada.
