नया सेंसर गुरुत्वाकर्षण-तरंग डिटेक्टरों के प्रदर्शन को बढ़ा सकता है

भौतिकविदों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने एक छोटा इंटरफेरोमीटर-आधारित मोशन सेंसर बनाया है जिसका उपयोग गुरुत्वाकर्षण-तरंग डिटेक्टरों के प्रदर्शन को बढ़ावा देने के लिए किया जा सकता है। सेंटीमीटर आकार का उपकरण कम आवृत्तियों पर उप-पिकोमीटर परिशुद्धता पर परीक्षण द्रव्यमान के विस्थापन को माप सकता है। शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि उनके तकनीकी नवाचारों से गुरुत्वाकर्षण तरंग का पता लगाने में नए अवसर पैदा हो सकते हैं - जिससे खगोलविदों को उन घटनाओं का निरीक्षण करने की अनुमति मिलेगी जो अब तक शोर के कारण अस्पष्ट रही हैं। इसका उपयोग भूकंप विज्ञान और मेट्रोलॉजी सहित अन्य क्षेत्रों में भी किया जा सकता है।

LIGO और कन्या वेधशालाएं किलोमीटर के आकार के इंटरफेरोमीटर हैं जो बड़े दर्पणों की स्थिति की निगरानी करके गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाते हैं, जो पृथ्वी से गुरुत्वाकर्षण तरंग गुजरने पर असाधारण रूप से छोटे विस्थापन से गुजरते हैं। अब तक, उन्होंने गुरुत्वाकर्षण तरंगों के दर्जनों सिग्नल उठाए हैं - जो बड़े पैमाने पर तारकीय-द्रव्यमान वाले ब्लैक होल के जोड़े के विलय से उत्पन्न हुए हैं। इस प्रारंभिक सफलता के आधार पर, खगोलविद अब बहुत बड़े मध्यवर्ती-द्रव्यमान वाले ब्लैक होल के विलय से उत्पन्न कम आवृत्ति वाली गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने की उम्मीद कर रहे हैं, जो सूर्य के द्रव्यमान से सैकड़ों या हजारों गुना अधिक हैं।

दुर्भाग्यवश, भूकंपीय और अन्य शोर वर्तमान में एलआईजीओ और कन्या को इन कम आवृत्ति संकेतों को मापने के लिए आवश्यक संवेदनशीलता तक पहुंचने से रोकते हैं। इस शोर के प्रभाव को दर्पणों और वेधशालाओं के अन्य घटकों में उत्पन्न होने वाली गतियों की निगरानी और शमन करके कुछ हद तक नियंत्रित किया जा सकता है।

वाणिज्यिक घटक

अभी, जिरी स्मेताना बर्मिंघम विश्वविद्यालय में और उनके सहयोगियों ने एक विस्थापन डिटेक्टर बनाने के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध ऑप्टिकल घटकों का उपयोग किया है, जो उनके अनुसार इन शोर दमन प्रणालियों के लिए उपयुक्त है।

सेंसर में दो माइकलसन इंटरफेरोमीटर शामिल हैं जो एक लेजर द्वारा संचालित होते हैं। प्रत्येक इंटरफेरोमीटर में एक सेंसिंग हेड और एक दर्पण शामिल होता है। सेंसिंग हेड्स में से एक फीडबैक लूप का हिस्सा है जो लेजर की आवृत्ति को स्थिर करता है, जिससे सिस्टम के प्रदर्शन को बढ़ावा मिलता है।

टीम ने मापे गए इंटरफेरोमीटर फ्रिन्ज से दर्पणों के विस्थापन की गणना करने के लिए डीप फ़्रीक्वेंसी मॉड्यूलेशन नामक तकनीक का उपयोग किया। यह तकनीक विभिन्न प्रकार की आवृत्तियों में छोटी-छोटी गतिविधियों का पता लगाने की अनुमति देती है। दरअसल, सिस्टम में 0.3 हर्ट्ज की आवृत्ति पर 1 pm/√Hz की संवेदनशीलता थी और यह वर्तमान में LIGO में उपयोग किए जाने वाले एक प्रकार के सेंसर से 300 गुना बेहतर है।

सेंसर का आकार केवल कई सेंटीमीटर है, जो इसे मौजूदा गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टरों के भविष्य के उन्नयन के लिए उपयुक्त उम्मीदवार बनाता है - ऐसे उन्नयन जिन्हें उनके मौजूदा बुनियादी ढांचे पर न्यूनतम प्रभाव के साथ लागू किया जा सकता है।

इन सुधारों के साथ, शोधकर्ताओं का सुझाव है कि खगोलविद पहली बार मध्यवर्ती-द्रव्यमान वाले ब्लैक होल के बीच विलय का पता लगाने में सक्षम हो सकते हैं। कम-आवृत्ति संकेतों को मापने की क्षमता मल्टीमैसेंजर खगोल विज्ञान के लिए भी उपयोगी होगी, जिससे विलय की घटनाओं से पहले संकेतों का पता लगाया जा सकेगा। सेंसर का उपयोग अन्य उपकरणों में भी किया जा सकता है जो छोटे विस्थापनों का पता लगाते हैं - जैसे मरोड़ संतुलन और भूकंपमापी।

में अनुसंधान वर्णित है शारीरिक समीक्षा लागू.