Bild https://www.birmingham.ac.uk/
Ett par svarta hål som smälter samman och genererar gravitationsvågor.
Gravitationsvågor är krusningar i rumtiden och de förutspåddes av Einstein.De har observerats vid höga frekvenser av markbaserade interferometrar som LIGO och Virgo vid ultralåga frekvenser av pulsartidsmatriser. Mellanbandsområdet har dock förblivit en vetenskaplig blind fläck.
Det nya detektorkonceptet utvecklat av forskare vid universiteten i Birmingham och Sussex, använder avancerad optisk kavitets- och atomklocksteknik för att känna av gravitationsvågor i det svårfångade milli-Hertz-frekvensbandet (10⁻⁵ – 1 Hz).
Forskarna har publicerat
sitt förslag till lösning i Classical and Quantum Gravity och beskriver en detektor som
använder framsteg inom optisk resonatorteknik, ursprungligen utvecklad för
optiska atomklockor till att mäta små fasförskjutningar i laserljus orsakade av
passerande gravitationsvågor. Till skillnad från storskaliga interferometrar är
dessa detektorer kompakta, relativt immuna mot seismiskt och newtonskt brus.
Medförfattare i studien var Dr Vera Guarrera vid University of Birmingham, vilken beskriver: "Genom att använda teknik
som mognat i samband med optiska atomklockor kan vi utöka räckvidden för
gravitationsvågsdetektering till ett helt nytt frekvensområde med instrument
som passar på ett laboratoriebord. Detta öppnar upp för den spännande
möjligheten att bygga ett globalt nätverk av sådana detektorer och söka efter
signaler som annars skulle förbli dolda i minst ett decennium till.
Milli-Hertz-frekvensbandet "mellanbandet" förväntas vara värd för signaler från en mängd olika astrofysiska och kosmologiska källor, inklusive kompakta binärer av vita dvärgar och svarta hål. Ambitiösa rymdsonder som LISA är också inriktade på detta frekvensband. De är planerade att skjutas upp på 2030-talet. De föreslagna optiska resonatordetektorerna skulle kunna börja utforska i dag.
Medförfattaren professor Xavier Calmet från
University of Sussex beskriver: "Denna detektor gör det möjligt för oss
att testa astrofysikaliska modeller av binära system i vår galax, utforska
sammanslagningar av massiva svarta hål och söka i slumpmässiga
bakgrunder i det tidiga universum. Med den här metoden har vi verktygen för
att börja sondera dessa signaler från marken vilket öppnar vägen för framtida
rymduppdrag.
Studien tyder på att integrering av dessa
detektorer med befintliga klocknätverk skulle kunna utöka detektionen av
gravitationsvågor till ännu lägre frekvenser vilket kompletterar högfrekventa
observatorier som de vid LIGO.
Varje enhet består av två vinkelräta ultrastabila
optiska kaviteter (håligheter) och en atomfrekvensreferens vilket möjliggör flerkanalig
detektion av gravitationsvågssignaler. Denna konfiguration förbättrar inte bara
känsligheten utan gör det också möjligt att identifiera vågpolarisering och
källans riktning.
