Egy nemzetközi fizikuscsapat készített egy kis interferométer alapú mozgásérzékelőt, amellyel fokozható a gravitációs hullám detektorok teljesítménye. A centiméter méretű készülék kis frekvencián szubpikométeres pontossággal képes mérni a teszttömegek elmozdulását. A kutatók úgy vélik, hogy technikai újításaik új lehetőségeket nyithatnak meg a gravitációs hullámok észlelésében – lehetővé téve a csillagászok számára, hogy megfigyeljék azokat az eseményeket, amelyeket eddig zaj fedett. Más területeken is használható, beleértve a szeizmológiát és a metrológiát.
A LIGO és a Virgo obszervatóriumok kilométeres interferométerek, amelyek nagy tükrök helyzetének figyelésével érzékelik a gravitációs hullámokat, amelyek kivételesen apró elmozdulásokon mennek keresztül, amikor egy gravitációs hullám áthalad a Földön. Eddig több tucat gravitációs hullám jelét vették fel, amelyek nagyrészt csillagtömegű fekete lyukak párjainak egyesüléséből származnak. A kezdeti siker alapján a csillagászok most abban reménykednek, hogy sikerül észlelni azokat az alacsonyabb frekvenciájú gravitációs hullámokat, amelyek a Nap tömegénél több száz, sőt több ezerszer nagyobb, közepes tömegű fekete lyukak egyesüléséből fakadnak.
Sajnos a szeizmikus és egyéb zajok jelenleg megakadályozzák, hogy a LIGO és a Virgo elérje az alacsony frekvenciájú jelek méréséhez szükséges érzékenységet. Ennek a zajnak a hatása bizonyos mértékig szabályozható az általa okozott mozgások figyelésével és csillapításával a tükrökben és az obszervatóriumok egyéb elemeiben.
Kereskedelmi alkatrészek
Most, Jiri Smetana a Birminghami Egyetemen és munkatársaival kereskedelmi forgalomban kapható optikai alkatrészeket használtak egy elmozdulásérzékelő létrehozására, amely szerintük alkalmas ezekhez a zajcsökkentő rendszerekhez.
Az érzékelő két Michelson interferométert tartalmaz, amelyeket egyetlen lézer hajt meg. Mindegyik interferométer egy érzékelőfejet és egy tükröt tartalmaz. Az egyik érzékelőfej egy visszacsatoló hurok része, amely stabilizálja a lézer frekvenciáját, ezáltal növeli a rendszer teljesítményét.
A kvantumnyomás növeli a LIGO és a Virgo gravitációs hullám detektorok teljesítményét
A csapat a mélyfrekvenciás modulációnak nevezett technikát használta a tükrök elmozdulásának kiszámításához a mért interferométer peremeiről. Ez a technika lehetővé teszi az apró mozgások érzékelését széles frekvenciatartományban. Valójában a rendszer érzékenysége 0.3 pm/√Hz volt 1 Hz-es frekvencián, és 300-szor jobb, mint a LIGO-ban jelenleg használt érzékelők egyik típusa.
A szenzor mérete mindössze néhány centiméter, így alkalmassá teszi a meglévő gravitációs hullámdetektorok jövőbeni fejlesztésére – olyan fejlesztésekre, amelyek minimális hatással lehetnek a meglévő infrastruktúrájukra.
Ezekkel a fejlesztésekkel a kutatók azt sugallják, hogy a csillagászok először képesek lehetnek a közepes tömegű fekete lyukak egyesülésének észlelésére. Az alacsonyabb frekvenciájú jelek mérésének képessége hasznos lenne a több üzenetküldő csillagászat számára is, lehetővé téve a jelek további észlelését az egyesülési események előtt. Az érzékelőt más eszközökben is felhasználhatják, amelyek apró elmozdulásokat észlelnek – például torziós mérlegekben és szeizmométerekben.
A kutatás leírása a Fizikai felülvizsgálat alkalmazva.
