Ученые из Продвинутой LIGO объявили о самом первом наблюдении за гравитационными волнами ранее в этом году, спустя век после того, как Альберт Эйнштейн предсказал их существование в своей общей теории относительности. Изучение гравитационных волн может показать важную информацию о катастрофических астрофизических событиях, включающих черные дыры и нейтронные звезды.В журнале Оптического Общества для высокого исследования воздействия, Optica, исследователи сообщают об улучшениях того, что называют сжатым вакуумным источником.
Хотя не часть оригинального Передового дизайна LIGO, вводя новый сжатый вакуумный источник в датчик LIGO могла помочь удвоить свою чувствительность. Это позволило бы обнаружение гравитационных волн, которые намного более слабы или которые происходят из дальше, чем возможно теперь.Морщина в пространстве-времениВ течение многих тысячелетий люди использовали свет в качестве способа рассмотреть вселенную.
Телескопы увеличивают то, что видимо невооруженным глазом, и более новые телескопы используют невидимые части электромагнитного спектра, чтобы предоставить картину вселенной, окружающей нас.«Есть много процессов во вселенной, которые являются неотъемлемо темными; они не испускают свет никакого цвета», сказали Нерджис Мэвэльвэла, часть Института MIT Kavli команды Астрофизики и Космического исследования и лидера исследовательской группы. «Так как многие из тех процессов включают силу тяжести, мы хотим наблюдать вселенную, используя силу тяжести в качестве посыльного».Исследователи из Калифорнийского технологического института и MIT забеременели, построенный, и управляйте идентичными Современными датчиками LIGO в Ливингстоне, Луизиана и Хенфорде, Вашингтон. Каждая обсерватория использует оптическое устройство 2,5 мили длиной, которое, как известно как интерферометр, обнаружило гравитационные волны, прибывающие из отдаленных событий, таких как столкновение двух черных дыр, обнаруженных в прошлом году.
Лазерный свет, едущий назад и вперед вниз две руки интерферометра, используется, чтобы контролировать расстояние между зеркалами в конце каждой руки. Гравитационные волны вызовут небольшое, но обнаружимое изменение на расстоянии между зеркалами.
Оба датчика должны обнаружить изменение, чтобы подтвердить, что гравитационные волны, не сейсмическая активность или другие земные эффекты, заставили расстояние между зеркалами изменяться.Изучение нейтронных звездных столкновений«Мы хотим использовать Современные датчики LIGO, чтобы ощутить самую дальнюю гравитационную волну или самую слабую возможную гравитационную волну», сказал Мэвэльвэла. «Однако это ограничено квантовыми колебаниями лазерного света, которые создают определенный уровень шума. Если гравитационная волна более слаба, чем тот уровень шума, то мы не можем обнаружить его. Таким образом у нас есть большой стимул, чтобы уменьшить тот шум, и мы можем сделать то использование нашего сжатого вакуумного источника».
Исследователи планируют добавить свой новый сжатый вакуумный источник к Продвинутому LIGO в следующем году или около этого. После того, как осуществленный, это улучшит чувствительность гравитационных датчиков, особенно на более высоких частотах, важных для понимания состава нейтронных звезд. Эти чрезвычайно плотные звезды содержат массу солнца, у которого есть радиус 700 000 километров, в просто 10 километров диаметром.
«Никто не знает точно, как нейтроны в этих звездах ведут себя, когда Вы сокрушаете их в такой плотный пакет», сказал Мэвэльвэла. «Эти нейтронные звезды иногда сталкиваются друг с другом, и в данный момент что они разрывают друг друга, Вы можете изучить свойства этой плазмы, обнаружив гравитационные волны, которые происходят на более высоких частотах».Как сжатый вакуум может помочь?Мэвэльвэла объясняет, что лазерный свет, используемый в датчиках LIGO, может считаться типом правителя. «Шум фазы, который следует из квантовых колебаний лазерного света, похож на попытку измерить длину листка бумаги, в то время как отметки тиканья правителя продолжают шевелиться и перемещаться», сказала она. «Поскольку этот шум заставляет отметки тиканья на нашей палке метра дрожать, мы хотим уменьшить это, вводя этот специальный сжатый вакуум, который имеет меньшие колебания или производит меньше колебания в кредит отметки нашего правителя».
Создание сжатого вакуумного источника включило изменение вакуума, который является квантовым состоянием с самой низкой энергией. «Мы захватили часть этого электромагнитного вакуума в оптической впадине первым зданием эксперимент с лазерными лучами и затем создание сжатого вакуума, набрав вниз лазерную власть, пока нет никакого света, и только вакуум оставляют», сказал Мэвэльвэла. «Затем Все, что мы сделали бы к свету, мы можем сделать к сжатому вакууму».Улучшенный сжатый вакуумный источник основывается на работе, проводимой исследователями в Университете Лейбница Ганновера и Университете Гамбурга, обоих в Германии. Новый сжатый вакуумный источник показывает приблизительно в десять раз меньше шума фазы, чем источники, о которых ранее сообщают. Исследователи достигли этого, уменьшив колебания, которые могут оказать негативное влияние на сжатое государство и делая улучшения системы, которая исправляет любой остающийся шум фазы.
«Лучший подход должен попытаться уменьшить сумму внутреннего шума фазы, но если Вы не можете сделать этого, Вы можете иметь размеры, насколько это дрожит, и затем используйте обратную связь, чтобы исправить его», сказал Эрик Оелкер, первый автор статьи. «Мы использовали изменение схемы исправления, которая использовалась прежде, но наша версия позволила нам увеличивать пропускную способность обратной связи, подавив шум фазы абсолютно новым способом».Исследователи говорят, что новый сжатый вакуумный источник почти готов развернуться в Продвинутом LIGO.
В отдельном исследовании они показали, что могут также уменьшить оптические потери, которые могут ухудшить сжатый вакуум. «Объединяя оптические потери, что мы думаем, что можем достигнуть и этот новый более низкий результат шума фазы, мы стремимся к фактору два в улучшениях для Продвинутого LIGO», сказал Мэвэльвэла. «Мы надеемся достигнуть больших улучшений чувствительности гравитационной волны, чем ранее считалось возможное».