UC Riverside розробила технологію, яка дозволяє вченим заглибитися у Всесвіт.
Наука гравітаційної хвилі знаходиться на межі головного кроку вперед, завдяки новому прориву інструментальних інструментів під керівництвом фізика Джонатана Річардсона в Каліфорнійському університеті, Ріверсайд. У дослідженні, опублікованому в ОптикаДослідники описують створення та успішне тестування Frosti, повномасштабного прототипу, призначеного для управління лазерними хвильових фронтами з надзвичайно високою потужністю всередині лазерної інтерферометрової гравітаційної хвилі (Ліго.).
Ліго – це заклад, який вперше підтвердив існування Гравітаційні хвиліпульсації в космічному часі, що виробляються масовими прискореннями об’єктів, таких як злиття чорних дірок. Це відкриття дало ключові докази на підтримку теорії відносності Ейнштейна. Обсерваторія покладається на два 4-кілометрові лазерні інтерферометри у Вашингтоні та Луїзіані, щоб захопити ці слабкі сигнали, даючи вченим нові способи вивчення чорних дірок, космології та фізики екстремальної речовини.
В основі цих зусиль – дзеркала Ліго, які входять до числа найбільш тонко інженерних оптичних компонентів у світі. Кожне дзеркало – 34 см поперек, 20 см товщиною і важить близько 40 кг. Вони повинні залишатися абсолютно стабільними для того, щоб зареєструвати спотворення в космічному часі на рівні, як тисяча ширини протона. Навіть найменша вібрація або екологічний шум може затьмарити делікатний сигнал проходження гравітаційної хвилі.
“В основі нашої інновації лежить новий пристрій адаптивного оптики, призначений точно переробити поверхні основних дзеркал Ліго під лазерними повноваженнями, що перевищують 1 мегават – більше ніж у мільярд разів сильніші, ніж типовий лазерний вказівник і майже в п’ять разів, що використовує Ліго сьогодні”, – сказав Річардсон, асистент фізики та астрономії. “Ця технологія відкриває новий шлях для майбутнього астрономії гравітаційної хвилі. Це вирішальний крок до того, щоб забезпечити наступне покоління детекторів, як космічний дослідник, який буде глибше у Всесвіт, ніж будь-коли раніше”.
Хтось сказав Фрості?
Frosti, короткий для опромінення типу передньої поверхні, є точною системою управління хвилею, яка протидіє спотворень, спричинених інтенсивним лазерним нагріванням в оптиці Ліго. На відміну від існуючих систем, які можуть лише вносити грубі корективи, Frosti використовує складну систему теплової проекції для встановлення тонко налаштованих виправлень вищого порядку. Це має вирішальне значення для точності, необхідної для майбутніх детекторів.
Незважаючи на крижану назву, Frosti працює, ретельно нагріваючи поверхню дзеркала, але таким чином, що відновлює його до початкової оптичної форми. Використовуючи теплове випромінювання, він створює спеціальний тепловий малюнок, який згладжує спотворення, не вводячи надлишок шуму, який міг би імітувати гравітаційні хвилі.
Чому це має значення
Гравітаційні хвилі вперше були виявлені Ліго в 2015 році, запустивши нову епоху в астрономії. Але щоб повністю розблокувати свій потенціал, майбутні детектори повинні мати можливість спостерігати за більш віддаленими подіями з більшою чіткістю.
“Це означає, що підштовхувати межі як на лазерну потужність, так і на точність квантового рівня”,-сказав Річардсон. “Проблема полягає в тому, що збільшення лазерної потужності має тенденцію до знищення делікатних квантових станів, на які ми покладаємось на покращення ясності сигналу. Наша нова технологія вирішує це напругу, переконавшись, що оптика залишається недоторканою навіть на рівні потужності Мегават”.
Технологія допоможе розширити погляд гравітаційної хвилі Всесвіту на 10, потенційно дозволяючи астрономам виявляти мільйони чорна діра і нейтронна зірка Злиття через космос з неперевершеною вірністю.
Заздалегідь: Ligo A# та Cosmic Explorer
Очікується, що Frosti відіграватиме вирішальну роль у Ligo A#, запланованому оновленні, яке послужить шляхом для обсерваторії нового покоління, відомого як Cosmic Explorer. У той час як поточний прототип був випробуваний на 40-кілограмовому дзеркалі ліго, технологія масштабована і з часом буде адаптована до дзеркал 440 кг, передбачених для космічного дослідника.
“Поточний прототип – це лише початок”, – сказав Річардсон. “Ми вже розробляємо нові версії, здатні виправити ще складніші оптичні спотворення. Це основа НДДКР на наступні 20 років астрономії гравітаційної хвилі”.
Reference: “Demonstration of a next-generation wavefront actuator for gravitational-wave detection” by Aidan Brooks, Shane Levin, Cynthia Liang, Luis Martin Gutierrez, Michael Padilla, Jonathan W. Richardson, Liu Tao, Peter Carney, Aiden Wilkin, Luke Johnson, Huy Tuong Cao, Mohak Bhattacharya, Tyler Rosauer and Xuesi MA, 19 жовтня 2025, Оптика.
Doi: 10.1364/optica.567608
Річардсон приєднався до дослідження вченими в UCR, Міті Caltech.
Дослідження фінансувалося грантом Річардсону з Національного наукового фонду.
Ніколи не пропустіть прорив: приєднуйтесь до інформаційного бюлетеня ScitechDaily.
