Sebuah tim fisikawan internasional telah menciptakan sensor gerak kecil berbasis interferometer yang dapat digunakan untuk meningkatkan kinerja detektor gelombang gravitasi. Perangkat berukuran sentimeter ini dapat mengukur perpindahan massa uji dengan presisi sub-pikometer pada frekuensi rendah. Para peneliti percaya bahwa inovasi teknis mereka dapat membuka peluang baru dalam deteksi gelombang gravitasi – memungkinkan para astronom untuk mengamati peristiwa yang sejauh ini masih tertutup oleh kebisingan. Ini juga dapat digunakan di bidang lain termasuk seismologi dan metrologi.
Observatorium LIGO dan Virgo adalah interferometer berukuran kilometer yang mendeteksi gelombang gravitasi dengan memantau posisi cermin besar, yang mengalami perpindahan sangat kecil ketika gelombang gravitasi melewati Bumi. Sejauh ini, mereka telah menangkap lusinan sinyal gelombang gravitasi – sebagian besar berasal dari penggabungan pasangan lubang hitam bermassa bintang. Berdasarkan keberhasilan awal ini, para astronom kini berharap dapat mendeteksi gelombang gravitasi frekuensi rendah yang dihasilkan oleh penggabungan lubang hitam bermassa menengah yang jauh lebih besar, yaitu ratusan, atau bahkan ribuan kali massa Matahari.
Sayangnya, seismik dan kebisingan lainnya saat ini menghalangi LIGO dan Virgo mencapai sensitivitas yang diperlukan untuk mengukur sinyal frekuensi rendah ini. Efek kebisingan ini dapat dikendalikan sampai batas tertentu dengan memantau dan meredam gerakan yang ditimbulkannya pada cermin dan komponen observatorium lainnya.
Komponen komersial
Sekarang, Jiri Smetana di Universitas Birmingham dan rekannya telah menggunakan komponen optik yang tersedia secara komersial untuk membuat detektor perpindahan yang menurut mereka cocok untuk sistem peredam kebisingan ini.
Sensor ini terdiri dari dua interferometer Michelson yang digerakkan oleh satu laser. Setiap interferometer terdiri dari kepala penginderaan dan cermin. Salah satu kepala penginderaan adalah bagian dari putaran umpan balik yang menstabilkan frekuensi laser, sehingga meningkatkan kinerja sistem.
Pemerasan kuantum meningkatkan kinerja detektor gelombang gravitasi LIGO dan Virgo
Tim menggunakan teknik yang disebut modulasi frekuensi dalam untuk menghitung perpindahan cermin dari pinggiran interferometer yang diukur. Teknik ini memungkinkan gerakan kecil pada rentang frekuensi yang luas untuk dideteksi. Memang benar, sistem ini memiliki sensitivitas 0.3 pm/√Hz pada frekuensi 1 Hz dan 300 kali lebih baik dari salah satu jenis sensor yang saat ini digunakan di LIGO.
Sensor ini hanya berukuran beberapa sentimeter, sehingga menjadikannya kandidat yang cocok untuk peningkatan di masa depan terhadap detektor gelombang gravitasi yang ada – peningkatan yang dapat diterapkan dengan dampak minimal terhadap infrastruktur yang ada.
Dengan adanya perbaikan ini, para peneliti menyarankan agar para astronom dapat mendeteksi penggabungan antara lubang hitam bermassa menengah untuk pertama kalinya. Memiliki kemampuan untuk mengukur sinyal frekuensi rendah juga akan berguna bagi astronomi multimessenger, sehingga sinyal dapat dideteksi lebih jauh sebelum peristiwa merger. Sensor ini juga dapat digunakan pada instrumen lain yang mendeteksi perpindahan kecil – seperti neraca torsi dan seismometer.
Penelitian tersebut dijelaskan dalam Ulasan Fisik Diterapkan.
