Uma equipe internacional de físicos criou um pequeno sensor de movimento baseado em interferômetro que poderia ser usado para aumentar o desempenho de detectores de ondas gravitacionais. O dispositivo de tamanho centimétrico pode medir o deslocamento de massas de teste com precisão subpicômetro em baixas frequências. Os investigadores acreditam que as suas inovações técnicas poderão levar a novas oportunidades na deteção de ondas gravitacionais – permitindo aos astrónomos observar eventos que até agora permaneceram obscurecidos pelo ruído. Também poderia ser usado em outros campos, incluindo sismologia e metrologia.
Os observatórios LIGO e Virgo são interferômetros de quilômetros de extensão que detectam ondas gravitacionais monitorando as posições de grandes espelhos, que sofrem deslocamentos excepcionalmente pequenos quando uma onda gravitacional passa pela Terra. Até agora, captaram dezenas de sinais de ondas gravitacionais – em grande parte provenientes de fusões de pares de buracos negros de massa estelar. Com base neste sucesso inicial, os astrónomos esperam agora detectar as ondas gravitacionais de baixa frequência geradas pelas fusões de buracos negros de massa intermédia muito maiores, que têm centenas, ou mesmo milhares, de vezes a massa do Sol.
Infelizmente, atualmente, ruídos sísmicos e outros impedem que o LIGO e o Virgo atinjam a sensibilidade necessária para medir esses sinais de baixa frequência. O efeito deste ruído pode ser controlado até certo ponto monitorizando e amortecendo os movimentos que provoca nos espelhos e outros componentes dos observatórios.
Componentes comerciais
Agora, Jiri Smetana da Universidade de Birmingham e colegas usaram componentes ópticos disponíveis comercialmente para criar um detector de deslocamento que dizem ser adequado para esses sistemas de supressão de ruído.
O sensor compreende dois interferômetros Michelson que são acionados por um único laser. Cada interferômetro compreende uma cabeça sensora e um espelho. Uma das cabeças de detecção faz parte de um circuito de feedback que estabiliza a frequência do laser, aumentando assim o desempenho do sistema.
A compressão quântica aumenta o desempenho dos detectores de ondas gravitacionais LIGO e Virgo
A equipe usou uma técnica chamada modulação de frequência profunda para calcular o deslocamento dos espelhos das franjas medidas do interferômetro. Esta técnica permite que pequenos movimentos sejam detectados em uma ampla faixa de frequências. Na verdade, o sistema tinha uma sensibilidade de 0.3 pm/√Hz a uma frequência de 1 Hz e é 300 vezes melhor do que um tipo de sensor usado atualmente no LIGO.
O sensor tem apenas alguns centímetros de tamanho, o que o torna um candidato adequado para futuras atualizações dos detectores de ondas gravitacionais existentes – atualizações que poderiam ser implementadas com impacto mínimo na infraestrutura existente.
Com estas melhorias implementadas, os investigadores sugerem que os astrónomos poderão ser capazes de detectar fusões entre buracos negros de massa intermédia pela primeira vez. Ter a capacidade de medir sinais de frequência mais baixa também seria útil para a astronomia multimensageira, permitindo que os sinais fossem detectados mais antes dos eventos de fusão. O sensor também poderá ser utilizado em outros instrumentos que detectam pequenos deslocamentos – como balanças de torção e sismógrafos.
A pesquisa é descrita em Revisão Física Aplicada.
