Tajomné, nikdy predtým nevidené signály zachytené novým detektorom gravitačných vĺn

(Ideas_Studio/iStock/Getty Images Plus)

Stolová doska gravitačná vlna detektor založený na kúsku prstencového kremeňa zaznamenal dva záhadné signály počas prvých 153 dní prevádzky.

Nie je jasné, čo presne tieto signály sú; môžu pochádzať z množstva javov. Ale jedným z týchto javov je presne to, na čo je detektor navrhnutý – vysokofrekvenčné gravitačné vlny , ktoré ešte nikdy neboli zaznamenané.

Je príliš skoro robiť nejaké závery, ale ďalšia iterácia detektora bude schopná zúžiť to, čo spôsobilo rezonanciu kremeňa.



'Je vzrušujúce, že táto udalosť ukázala, že nový detektor je citlivý a dáva nám výsledky, ale teraz musíme presne určiť, čo tieto výsledky znamenajú,' povedal fyzik Michael Tobar z University of Western Australia.

'Touto prácou sme prvýkrát ukázali, že tieto zariadenia možno použiť ako vysoko citlivé detektory gravitačných vĺn.'

Bola vykonaná prvá prelomová detekcia gravitačných vĺnlen pred šiestimi rokmi. Odvtedy detektory LIGO a Virgo odhalili, žeVesmír zvonís predtým skrytými gravitačnými vlnami, ktoré sa vlnia z kolízií medzi nimi čierne diery a neutrónové hviezdy.

Tieto detektory sú obrovské, s ramenami 4 kilometre (2,5 míle) dlhé. Lasery pozdĺž týchto ramien sú jemne narušené gravitačnými vlnami interferenčných vzorov v rekombinovanom svetle, ktoré možno analyzovať, aby sa odhalila povaha udalosti, ktorá spôsobila vlny. Doteraz bola technológia optimalizovaná pre nízkofrekvenčný režim.

Vysokofrekvenčné gravitačné vlny sú oveľa ťažšie detekovateľné, ale rozhodne stojí za to ich sledovať. Vlnová dĺžka gravitačných vĺn je úmerná veľkosti vesmíru; tie, ktoré sa vyskytujú neskôr, sú väčšie, takže kratšie vysokofrekvenčné vlny by mohli odhaliť informácie o Veľký tresk a Vesmír na začiatku času.

Zdroje vysokofrekvenčných gravitačných vĺn v novšej minulosti mohli zahŕňať hypotetické objekty ako naprbozónové hviezdyaprvotné čierne diery. Tieto vlny by dokonca mohli produkovať mraky temná hmota . Takže astronómovia by mali veľký záujem o detekciu týchto signálov.

Tobar a jeho kolega fyzik Maxim Goryachev z University of Western Australia navrhli stolný detektor pre vysokofrekvenčné gravitačné vlny. v roku 2014 . Teraz spolu s medzinárodným tímom uskutočnili pozorovacie behy.

Samotný detektor je disk z kremenného kryštálu, nazývaný rezonátor objemovej akustickej vlny (BAW), s jednou stranou mierne konvexnou. Teoreticky by vysokofrekvenčné gravitačné vlny mali generovať stojaté zvukové vlny v disku, ktoré sú zachytené ako fonóny na konvexnej strane.

Disk je kryogénne chladený, aby sa znížil tepelný šum, a vodivé dosky umiestnené vo veľmi malých vzdialenostiach od kryštálu zachytávajú drobné piezoelektrické signály generované akustickými režimami, ktoré v ňom vibrujú. Tento signál je úplne malý, takže supravodivé kvantové interferenčné zariadenie alebo SQUID sa používa ako extrémne citlivý zosilňovač signálu.

Celý detektor je umiestnený vo vákuovej komore tienenej proti žiareniu, aby sa zabránilo čo najväčšiemu rušeniu. S týmto nastavením tím vykonal dva pozorovacie cykly a počas každého z nich vykonal detekciu – prvý 12. mája 2019 a druhý 27. novembra 2019.

Teraz je tu množstvo pravdepodobných možností. Uvoľnenie mechanického napätia vo vnútri kremenného disku je jedno; vnútorná rádioaktívna udalosť spôsobená vonkajším ionizujúcim žiarením je iná, hoci vedci nevedia o žiadnej vonkajšej udalosti, ktorá by to mohla spôsobiť.

Podobne, aj keď a meteorický roj môže produkovať akustické vlny, tienenie malo chrániť zariadenie pred nimi. Vinníkom mohlo byť dokonca aj kozmické žiarenie.

Ďalšie možnosti sú vzrušujúcejšie – signály by teoreticky mohli spôsobiť poruchy spôsobené topologickými defektmi v tmavej hmote alebo masívnymi časticami tmavej hmoty.

Alebo, nakoniec, je tu možnosť vysokofrekvenčných gravitačných vĺn. To by si vyžadovalo oveľa viac skúmania, pretože tvar signálu nezobrazuje „cvrlikanie“ charakteristické pre kozmické zlúčenie.

Pre ďalšiu iteráciu detektora výskumníci pridajú druhý kryštál s vlastným SQUID a výstupom spolu s miónovým detektorom na vylúčenie kozmického žiarenia. To by malo pomôcť zúžiť, čo spôsobilo signály, ktoré tím zistil.

'Tento experiment je jedným z dvoch, v súčasnosti aktívnych na svete, ktorí hľadajú vysokofrekvenčné gravitačné vlny na týchto frekvenciách, a máme v pláne rozšíriť náš dosah na ešte vyššie frekvencie, kde sa predtým žiadne iné experimenty nepozerali,' Povedal Tobar .

„Vývoj tejto technológie by potenciálne mohol poskytnúť prvú detekciu gravitačných vĺn na týchto vysokých frekvenciách, čo nám dáva nový pohľad na túto oblasť astronómie gravitačných vĺn.

„Ďalšia generácia experimentu bude zahŕňať vytvorenie klonu detektora a miónového detektora citlivého na kozmické častice. Ak dva detektory zistia prítomnosť gravitačných vĺn, bude to naozaj vzrušujúce.“

Výskum bol publikovaný v r Fyzické prehľadové listy .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.