Foto: Placidplace / Pixabay

Nepolapitelné gravitační vlny, které se nacházejí v „časoprostoru“, tedy mezi prostorem a časem, předpověděl Albert Einstein. Jejich existenci nemohl dokázat, přesto věděl, že tam jsou. A opravdu.

Právě tyto vlny byly pozorované pozemními interferometry na vysokých frekvencích jako jsou LIGO a Virgo a na ultranízkých frekvencích pomocí časovacích polí pulsarů. Střední pásmo však zůstalo vědecky nejasné. Nacházejí se totiž v nepolapitelném milihertzovém frekvenčním pásmu (10⁻⁵ – 1 Hz).

Nový detektor využívá nejmodernější technologie optických dutin původně vyvinutý pro optické atomové hodiny k měření drobných fázových posunů v laserovém světle způsobených procházejícími gravitačními vlnami. Na rozdíl od velkých interferometrů jsou tyto detektory kompaktní a relativně imunní vůči seismickému a newtonovskému šumu.  

Vědci tak našli nový přístup, jak tyto gravitační vlny detekovat v milihertzovém frekvenčním rozsahu, který umožňuje přístup k astrofyzikálním a kosmologickým jevům, které nejsou detekovatelné současnými přístroji.  

Využitím technologie vyvinuté v kontextu optických atomových hodin je možné rozšířit dosah detekce gravitačních vln do zcela nového frekvenčního rozsahu s přístroji, které se vejdou na laboratorní stůl. To otevírá vzrušující možnost vybudování globální sítě takových detektorů a hledání signálů, které by jinak zůstaly skryté nejméně po další desetiletí.

Očekává se, že milihertzové frekvenční pásmo, někdy nazývané jako „střední pásmo“, bude přijímat signály z různých astrofyzikálních a kosmologických zdrojů, včetně kompaktních dvojhvězd bílých trpaslíků a slučování černých děr.

Ambiciózní vesmírné mise, jako je LISA, se také zaměřují na toto frekvenční pásmo, ale jejich start je naplánovaný na 30. léta 21. století. Nové detektory optických rezonátorů by mohly začít tuto oblast zkoumat už nyní. 

Foto: Petr Jurík/Alamy/Tisková zdroj EurekAlert

Tento detektor umožňuje testovat astrofyzikální modely binárních systémů v naší galaxii, zkoumat fúze masivních černých děr a dokonce hledat stochastické pozadí z raného vesmíru. Díky této metodě mají vědci nástroje k zahájení zkoumání těchto signálů přímo ze Země, což otevírá cestu pro budoucí vesmírné mise.

Každá jednotka se skládá ze dvou ortogonálních ultrastabilních optických dutin a atomární frekvenční reference, což umožňuje vícekanálovou detekci signálů gravitačních vln. Tato konfigurace nejen zvyšuje citlivost, ale také umožňuje identifikaci polarizace vln a směru zdroje. 

---

Spoluautoři studie: Dr. Vera Guarrera z Birminghamské univerzity a profesor Xavier Calmet z univerzity v Sussexu

Zdroje: Univerzita v Birminghamu, https://www.eurekalert.org/news-releases/1100491; https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/ae09ec