De detectie van de zwaartekrachtsgolven van Einstein is gebaseerd op zeer nauwkeurige lasermetingen van kleine lengteveranderingen. De kilometergrote detectoren van het internationale netwerk (GEO600, LIGO, Maagd) zijn zo gevoelig dat ze fundamenteel worden beperkt door kleine kwantummechanische effecten. Deze veroorzaken een achtergrondruis die overlapt met zwaartekrachtgolfsignalen. Deze ruis is altijd aanwezig en kan nooit helemaal worden weggenomen. Maar men kan de eigenschappen ervan veranderen - met een proces dat knijpen wordt genoemd, tot nu toe alleen routinematig gebruikt bij GEO600 - zodat het minder interfereert met de meting. Nutsvoorzieningen, GEO600-onderzoekers hebben beter knijpen dan ooit bereikt. Dit opent nieuwe manieren om het internationale detectornetwerk bij de volgende waarnemingen te verbeteren en is een belangrijke stap voor detectoren van de derde generatie, zoals de Einstein Telescope.

Een prachtige nieuwe plaat

Het team van het Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI) en Leibniz Universität Hannover bereikte een knijpniveau van 5,7 dB en onderdrukte daardoor de kwantumachtergrondruis met een factor van bijna twee. In vergelijking met een detector zonder knijpen, dit vergroot het waarneembare volume van het heelal met een factor zeven.

Het onderzoeksteam gebruikte nieuw ontworpen optische componenten en stemde de optische opstelling van de geperste lichtbron af en hoe deze is gekoppeld aan de detector.

"Nu de huidige fase van interface-upgrades is voltooid, we zijn in staat geweest om het systeem volledig te optimaliseren en te karakteriseren, wat ons dit prachtige nieuwe record in knijpen, het verbeteren van onze gevoeligheid in frequenties die belangrijk zijn voor het begrijpen van de fysica van neutronensterren, " zegt dr. James Lough, hoofdwetenschapper voor GEO600.

Pionierswerk bij GEO600

"Het GEO600-team is een pionier in het gebruik van knijpen in de internationale gemeenschap van zwaartekrachtgolven. Verschillende generaties GEO600-promovendi hebben samen met knijpexperts van AEI deze doorbraak mogelijk gemaakt, " legt Dr. Christoph Affeldt uit, GEO600 operationeel manager.

De Duits-Britse zwaartekrachtgolfdetector GEO600 bij Hannover gebruikt sinds 2010 routinematig een geperste lichtbron en is het enige instrument ter wereld dat dit doet. De op maat gemaakte lichtbron voor GEO600 is ontwikkeld en gebouwd bij de AEI.

Samen met de AEI-collega's, het GEO600-team heeft continu gewerkt aan het verbeteren van de integratie van de "knijper" in de detector. Dit is essentieel vanwege de fragiele aard van samengeperst licht:zelfs een heel klein verlies ervan op zijn weg naar de detector beperkt de mogelijke toename in gevoeligheid van de GEO600. Daarom, veel kleine verbeteringen kunnen resulteren in grote winsten in gevoeligheid.

Knijpen in de volgende observatie run O3

De gevoeligheid van alle toekomstige interferometrische gravitatiegolfdetectoren zal worden verhoogd door het gebruik van vergelijkbare geperste lichtbronnen. In de volgende gemeenschappelijke observatie-run O3, gepland om begin 2019 te beginnen, zowel de LIGO-instrumenten als de Maagd-detector zullen geperst licht gebruiken. Het Virgo-knijperapparaat is een nieuwere versie van degene die is ontwikkeld voor GEO600 en in permanente bruikleen van de AEI.

"Voor toekomstige detectoren van de derde generatie, zoals de Europese Einstein-telescoop, zijn nog hogere knijpniveaus vereist. Met dit verbazingwekkende nieuwe record op GEO600, we zijn nu klaar om deze technologie te perfectioneren en de volgende uitdagingen aan te gaan op weg naar de Einstein Telescoop, " zegt prof. Karsten Danzmann, directeur bij de AEI en directeur van het Institute for Gravitational Physics aan de Leibniz Universität Hannover.