Обыкновенный тепловизор увеличит дальность детекторов LIGO на 33 миллиона световых лет
Физики из Калифорнийского университета в Риверсайде предложили недорогой способ увеличить дальность наблюдений гравитационно-волновой обсерватории LIGO. Они разработали метод температурного анализа оптических деформаций, который требует лишь обычной коммерческой тепловизионной камеры. С его помощью исследователи смогут точнее бороться с оптическими искажениями в зеркалах, что позволит обсерватории видеть гравитационные события на 33 миллиона световых лет дальше.
Главный инструмент обсерватории LIGO — интерферометр с плечами длиной четыре километра. Внутри него между 40-килограммовыми зеркалами циркулирует мощный мегаваттный лазер. Для фиксации гравитационной волны система должна уловить изменение длины лазерного луча меньше, чем на диаметр протона. Но даже самые совершенные зеркала поглощают свет. Из-за нагрева они расширяются и деформируются на несколько нанометров, что искривляет луч и снижает чувствительность интерферометра.
Ученые уже используют специальный корректирующий нагрев, чтобы исправить форму зеркала. Проблема заключается в том, что форму деформации нужно знать заранее. Раньше узнать внутренние температурные искажения зеркала напрямую было крайне сложно.
Группа исследователей во главе с Джонатаном Ричардсоном нашла решение во время тестов системы адаптивной оптики. Они поняли, что тепловизионные снимки поверхности зеркала можно объединить с уже имеющимися компьютерными моделями теплопередачи и измерениями формы лазерного луча. В результате физики научились восстанавливать картину оптических искажений внутри всего зеркала. Ричардсон сравнивает эту технологию с тепловизором: инженер не видит мотор изнутри, но по внешней температуре понимает, что происходит под капотом.
Обычно улучшение LIGO требует уникального оборудования, но новая техника опирается на стандартные коммерческие тепловизоры. Расчеты показывают, что новая технология поможет увеличить чувствительность обсерватории на величину до 31% во время следующего обновления. В результате объем наблюдаемого пространства вырастет настолько, что число зафиксированных слияний нейтронных звезд заметно увеличится.
Технологию планируют проверить на интерферометрах LIGO, а затем применить при строительстве Cosmic Explorer — гравитационно-волновой обсерватории следующего поколения. Следующий рубеж для исследователей — снижение квантового шума, чтобы повысить точность приборов в 10 раз . Исследование опубликовано в журнале Classical and Quantum Gravity. Авторы работы — Лю Тао и Пуян Гударзи.
Ранее другая команда исследователей предложила эффективный способ поиска потенциально обитаемых планет.
Фото Arnaud Pele, LIGO Laboratory
Самое популярное
