U radu objavljenom ranije ovog mjeseca u Pismima fizičkog pregleda, tim fizičara predvođenim Jonathanom Richardsonom sa Sveučilišta u Kaliforniji, Riverside, predstavio je inovativne tehnologije koje bi mogle znatno proširiti mogućnosti detekcije gravitacijskih valova. Ove će inovacije posebno pomoći detektorima poput LIGO-a i mogu zakoračiti prema budućim opservatorijama.
Od trenutka kada je 2015. godine LIGO prvi put detektirao gravitacijske valove, znanstvenici su otvorili novi prozor u tajne svemira. Sljedeće generacije opservatorija, kao što je Kozmički istraživač, planiraju dodatno proširiti horizonte detekcije, kako bi se istražili trenuci u svemiru ranije nego što su se formirale prve zvijezde. Ključni izazov ostaje dostizanje razine laserske snage veće od 1 megavata, što je znatno iznad trenutnih mogućnosti LIGO-a.
Tim istraživača identificirao je problem izobličenja glavnih LIGO ogledala, te je razvio novo adaptivno rješenje koje omogućava detektorima da postignu potrebne razine snage bez ometanja preciznosti detekcije. Ovaj prilagodljivi pristup visoke rezolucije može ispraviti izobličenja uzrokovana toplinom koja nastaje na težim ogledalima, te tako zadržati jasnije signale gravitacijskih valova.
Što su zapravo gravitacijski valovi?
Gravitacijski valovi su intrigantni fenomen predviđen teorijom opće relativnosti. Oni nastaju kada se masivni objekti u svemiru, poput crnih rupa ili neutronskih zvijezda, ubrzavaju ili sudaraju. Ova kretanja stvaraju izobličenja u prostoru-vremenu koja se šire poput valova na površini vode. Kako ti valovi putuju brzinom svjetlosti, nose energiju i zamah, što nam omogućava da iz daljine proučavamo ekstremne astronomske događaje.
Kako zapravo funkcionira LIGO?
LIGO, ili laserski interferometar gravitacijskih valova, jedan je od najvećih znanstvenih instrumenata na svijetu. Sastoji se od dva identična interferometra dugačka 4 kilometra, smještena u Washingtonu i Louisiani. Ovi instrumenti istodobno detektiraju izobličenja uzrokovana gravitacijskim valovima, slično angulaciji zvučnog signala. Od svog pokretanja, LIGO je zabilježio više od 200 događaja sudara među kompaktnih objekata, većinom crnih rupa, i omogućio nam da uvučemo u svijet viših energija i dubokih svemirskih tajni.
Kakva nova tehnologija dolazi iz Richardovog laboratorija?
U svom laboratoriju, Richardson razvija nove adapte optičke tehnologije koje bi mogle riješiti fundamentalna ograničenja koja trenutno sužavaju sposobnosti LIGO-a. Njegov instrument omogućuje precizne korekcije na glavnim ogledalima LIGO-a, upotrebljavajući vrlo nisku infracrvenu snagu kako bi se izravno kompenzirala izobličenja uzrokovana toplinom. Ovaj pionirski pristup može otvoriti vrata novim mogućnostima u detekciji gravitacijskih valova.
Što je konačno Cosmic Explorer?
Kozmički istraživač je ambiciozni plan za gravitacijski valni opservatorij sljedeće generacije. Ovaj projekt dug 40 kilometara ima potencijal da bude najosjetljiviji instrument koji će ikada biti izgrađen, s ciljem istraživanja svemira u vremenima kada su se formirale prve zvijezde. Ova obnova, s 10 puta većim kapacitetom od LIGO-a, može otkriti tajne svemira iz vremena kada je bio samo 0,1% sadašnje starosti.
O čemu se radi u ovom istraživačkom radu?
U osnovi, istraživanje ukazuje na važnost visoko preciznih optičkih korekcija u širenju naše sposobnosti da detektiramo gravitacijske valove. Predstavlja ključne korake prema postizanju mnogo jačeg laserskog snage u LIGO-u i budućim opservatorijima, dajući nam nove alate za istraživanje svemira.
Zašto je ovo istraživanje toliko važno?
Rezultati ovog istraživanja mogu postaviti temelje za odgovor na neka od najdubljih pitanja u fizici i kozmologiji. Gravitacijski valovi imaju potencijal da otkriju kako se svemir širi i pružaju podatke o crnim rupama koji će omogućiti precizna ispitivanja opće relativnosti. Ova saznanja mogu pomoći u razrješavanju nedoumica oko trenutnih mjerenja brzine širenja svemira, kao i pružiti bolje razumijevanje prirode samog svemira.
