science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Detectie van zwaartekrachtgolven met atoomklokken

Illustratie van zwaartekrachtsgolven geproduceerd door twee in een baan om de aarde draaiende zwarte gaten. CfA-wetenschappers hebben een gevoelige nieuwe methode beschreven voor het detecteren van zwaartekrachtsgolven. Krediet:Henze/NASA

De recente detectie van zwaartekrachtgolven (GW) van de samensmelting van twee zwarte gaten van elk ongeveer dertig zonnemassa's met de LIGO-faciliteit op de grond heeft hernieuwd enthousiasme opgewekt voor het ontwikkelen van nog gevoeligere meettechnieken. GW-instrumenten op de grond hebben ver uit elkaar geplaatste sensoren die submicroscopische veranderingen in hun scheiding kunnen detecteren - beter dan een deel op een miljard biljoen, Zij lijden, echter, van het geluid dat wordt geproduceerd door kleine grondtrillingen - trillingen van natuurlijke of kunstmatige bronnen die door de nauwkeurig afgestemde detectoren kabbelen. De trillingen die het moeilijkst te compenseren zijn, zijn de trillingen die relatief langzaam veranderen, bij frequenties van ongeveer een keer per seconde of minder, toch voorspellen astronomen dat GW-bronnen die deze langzame variaties produceren interessant en overvloedig zouden moeten zijn, van compacte dubbelsterren met stellaire massa tot gravitatiegebeurtenissen in het vroege heelal.

De CfA staat al lang bekend om zijn laboratoriumwerk dat enkele van de beste precisie-apparaten ter wereld produceert. In het bijzonder zijn de tijdwaarneming waterstof-maser klokken, gebruikt door NASA om zijn satellieten te volgen, evenals door radioastronomen over de hele wereld om precisiemetingen te doen van kosmische verschijnselen met behulp van Very Long Baseline Interferometry. De CfA-masergroep is door de jaren heen doorgegaan met het ontwikkelen van geavanceerde kloktechnologieën, en om ze om te zetten in nieuwe instrumenten om de hemel te onderzoeken, waaronder recentelijk de zogenaamde "laserkammen" voor ultranauwkeurige meting van stellaire snelheidsverschuivingen veroorzaakt door extrasolaire planeten.

CfA-wetenschappers Igor Pokovski, Nick Langellier, en Ron Walsworth en twee collega's hebben een nieuw GW-detectorconcept gepubliceerd om met name de laagfrequente GW's te bestuderen. Hun techniek meet niet precies de afstand tussen de sensoren, maar hun minuscule bewegingen via het Doppler-effect als zwaartekrachtgolven voorbij komen. Het apparaat maakt gebruik van een nauwkeurig gecontroleerde laser en nauwkeurige atoomklokken die in twee satellieten zijn gemonteerd (in tegenstelling tot andere GW-concepten in de ruimte waarvoor drie satellieten nodig zijn, dit systeem heeft er maar twee nodig). De technologie voor deze mogelijkheid vereist alleen realistische verbeteringen om te implementeren, en biedt een belangrijke uitbreiding op de huidige GW-systemen.