Znanstveniki z Univerze v Birminghamu in Univerze v Sussexu so predstavili koncept detektorja, ki omogoča zaznavanje gravitacijskih valov v frekvenčnem pasu med 10⁻⁵ in 1 Hz. Gre za območje, ki je bilo doslej nedosegljivo, saj ga zemeljski interferometri, kot sta LIGO in Virgo, ne pokrivajo, prav tako ne pulsarski časovni nizi, ki delujejo pri ultra nizkih frekvencah. Ta t. i. ‘srednji pas’ je veljal za slepo točko v opazovanju vesolja.
Raziskava, objavljena v reviji Classical and Quantum Gravity, opisuje detektor, ki temelji na tehnologiji optičnih resonatorjev in atomske ure. Sprva so bile te tehnologije razvite za potrebe natančnega merjenja časa, zdaj pa se uporabljajo za zaznavanje drobnih sprememb v laserski svetlobi, ki jih povzročajo gravitacijski valovi.
Za razliko od velikih interferometrov novi detektorji ne zahtevajo ogromnih in dragih objektov. Postavljeni so lahko v laboratoriju, saj so kompaktni, obenem pa manj občutljivi na seizmične motnje in t. i. Newtonov šum.
Dr. Vera Guarrera z Univerze v Birminghamu je pojasnila, da uporaba optičnih atomskih ur omogoča dostop do povsem novega frekvenčnega pasu. „To odpira možnost vzpostavitve globalne mreže majhnih detektorjev, ki bi lahko že v bližnji prihodnosti zaznavali signale, ki so bili doslej nedosegljivi,“ je povedala.
Pričakovati je, da bo srednji frekvenčni pas razkrival signale iz številnih virov, med drugim iz binarnih sistemov belih pritlikavk ter združitev črnih lukenj. Ambiciozne vesoljske misije, kot je LISA, se sicer usmerjajo v isti frekvenčni pas, vendar je njihova izvedba predvidena šele v tridesetih letih tega stoletja. Novi optični detektorji pa bi omogočili raziskovanje že sedaj.
Dopolnitev obstoječih opazovanj
Profesor Xavier Calmet z Univerze v Sussexu je izpostavil, da bi takšni detektorji omogočili testiranje astrofizikalnih modelov znotraj naše galaksije, raziskovanje združevanja masivnih črnih lukenj ter celo iskanje morebitnih signalov iz zgodnjega vesolja. „Ta pristop nam omogoča, da začnemo sondirati srednji pas s tal, kar pomembno dopolnjuje načrte prihodnjih vesoljskih misij,“ je dejal.
Čeprav bo LISA, ko bo enkrat izstreljena, ponudila izjemno občutljivost, je njeno delovanje še oddaljeno. Novi optični resonatorski detektorji pa ponujajo hitrejšo in stroškovno učinkovitejšo možnost za vstop v miliherčni pas.
Vsaka enota je sestavljena iz dveh pravokotno postavljenih ultrastabilnih optičnih votlin in atomske frekvenčne reference, kar omogoča večkanalno zaznavanje. Ta zasnova ne povečuje le občutljivosti, ampak tudi omogoča prepoznavanje polarizacije gravitacijskih valov ter določanje smeri, iz katere prihajajo.
Raziskava nakazuje tudi možnost povezovanja teh detektorjev z obstoječimi omrežji atomskih ur. To bi razširilo zaznavanje na še nižje frekvence in dopolnilo visoko frekvenčne observatorije, kot sta LIGO in Virgo.
Univerza v Birminghamu poudarja, da bi takšni sistemi lahko postali pomemben korak v smeri celovitega spremljanja gravitacijskih valov skozi celoten spekter frekvenc. Študija z naslovom Zaznavanje miliHz gravitacijskih valov z optičnimi resonatorji je dostopna v reviji Classical and Quantum Gravity.
Foto: Pixabay
