Огромно сляпо петно ​​в изследванията на гравитационните вълни вече е запълнено

Ваня Милева Последна промяна на 06 октомври 2025 в 00:00 1810 0

Сигналите в средночестотния диапазон идват от събития като сливания на черни дупки и компактни двойни системи от бели джуджета.

Кредит Aurore Simonnet for the NANOGrav Collaboration
Сигналите в средночестотния диапазон идват от събития като сливания на черни дупки и компактни двойни системи от бели джуджета.

Запълвайки космическо сляпо петно, изследователи разкриват нова техника за откриване на гравитационни вълни и разширяват границите на прецизност на настоящите инструменти. Предложената техника не изисква мащабни съоръжения като LIGO и се побира на лабораторна маса.

Чрез наблюдение на милихерцовия честотен диапазон, наречен "средна лента", новият подход ще направи някои астрофизични и космологични явления наблюдаеми за първи път, разкриват изследователите в статия, която е публикувана в списание Classical and Quantum Gravity. Този диапазон отдавна липсва във високочестотната колекция от наземни интерферометри и нискочестотните наблюдения на пулсарни решетки за синхронизация, попадайки в празнина между двете.

Гравитационни вълни

Преди повече от век Алберт Айнщайн за първи път предсказва вълните в пространство-времето, наречени гравитационни вълни, но едва през 2015 г. те са наблюдавани директно. Сега изследователи от университета в Бирмингам и университета в Съсекс са разработили комбинация от атомен часовник и технологии за оптични резонатори, за да открият тези трудно забележими гравитационни вълни със средна честота.

Оптичен резонатор

Оптичният резонатор (лазерен резонатор) е съвкупност от няколко огледала или други отразяващи оптични елемента, които ограничават светлинните вълни, подобно на начина, по който затворен резонатор ограничава микровълните.

Оптичният резонатор генерира стояща светлинна вълна и е един от ключовите елементи на лазерите, осигурявайки положителна обратна връзка, за да се осигури многократно преминаване на лазерното лъчение през активната среда, което води до усилване на светлинния поток и генериране на лазерно лъчение.

Оптичните резонатори освен при лазерите, се използват и в оптични параметрични осцилатори и някои интерферометри. Светлината, затворена в кухината, се отразява многократно, произвеждайки модове с определени резонансни честоти. Модовете могат да бъдат разделени на надлъжни модове, които се различават само по честота, и напречни модове, които имат различни модели на интензитет в напречното сечение на лъча. Много видове оптични кухини произвеждат модове на стояща вълна.

В основата на новия метод е технологията на оптичния резонатор, пренасочена от първоначалното си приложение в атомните часовници. Резонаторът работи чрез измерване на малки фазови отмествания, които възникват, когато лазерната светлина преминава през гравитационни вълни. С много по-малък форм-фактор (стандарт, определящ физическите размери, форма и разположение на компоненти и интерфейси на техническо изделие) от големи интерферометри като LIGO, устройствата не са толкова податливи на сеизмични и други форми на "шум", промъкващи се в данните.

"Използвайки технология, усъвършенствана в контекста на оптичните атомни часовници, можем да разширим обхвата на откриване на гравитационни вълни в напълно нов честотен диапазон с инструменти, които се побират на лабораторна маса", заявява съавторът д-р Вера Гуарера (Vera Guarrera) от Университета в Бирмингам.

Разширяване на покритието

Изследването на екипа предлага допълнителна надежда не само за изследване на дълго пренебрегваната средна лента, но и за разширяването ѝ в по-широк диапазон. Интегрирането на тактови мрежи в детекторите може допълнително да увеличи възможностите им за по-ниски честоти. Това би позволило на новите устройства да служат като универсално средство за сигнали под обхвата на наблюденията, като например LIGO, които са фокусирани изключително върху високи честоти.

В момента дизайнът съдържа две ортогонални ултрастабилни оптични резонатори и атомен честотен референтен източник. Работейки заедно, тези устройства позволяват откриването на многоканални гравитационни вълнови сигнали. Важно е да се отбележи, че устройството не само открива самия сигнал, но може също така да идентифицира неговата поляризация на вълната и посоката на източника.

"Това отваря вълнуващата възможност за изграждане на глобална мрежа от такива детектори и търсене на сигнали, които иначе биха останали скрити поне още едно десетилетие", посочва д-р Гуарера.

Бъдещето на средночестотния диапазон

Сигналите в средночестотния диапазон идват от събития като сливания на черни дупки и компактни двойни системи от бели джуджета. Други технологии, насочени към наблюдение на тази лента, са планирани за космически платформи като LISA, но тези проекти няма да стартират до следващото десетилетие.

"Този ​​детектор ни позволява да тестваме астрофизични модели на двойни системи в нашата галактика, да изследваме сливанията на масивни черни дупки и дори да търсим стохастични фонове от ранната Вселена. С този метод разполагаме с инструментите да започнем да изследваме тези сигнали от Земята, отваряйки пътя за бъдещи космически мисии", обяснява съавторът професор Ксавие Калмет (Xavier Calmet) от Университета в Съсекс.

Основното предимство на новия процес е, че той може да се използва сега чрез повторно използване на наличните технологии. Проектът LISA обаче ще предложи много по-голяма чувствителност. Това поставя изследователите пред компромис между навременност и прецизност в техните изследвания на милихерцовия диапазон.

Екипът се надява, че тяхната иновация ще послужи за поставяне на основите на бъдещи изследвания, които ще изследват средната лента, тъй като с течение на времето продължават да се разработват още по-модерни космически технологии и приложения.

Справка:  Giovanni Barontini et al 2025 Class. Quantum Grav. 42 20LT01; DOI 10.1088/1361-6382/ae09ec

Източник: A Massive Blind Spot in Gravitational Wave Research Has Now Been Filled, Setting the Pace for Future Discoveries, Ryan Whalen, The Debrief

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Физика

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !