Een team van natuurkundigen en astronomen van de Northwestern University staat klaar om de astronomie met zwaartekrachtgolven naar de volgende evolutie te leiden. De W. M. Keck Foundation heeft $ 1 miljoen toegekend, die zal worden gebruikt om een ​​prototype te ontwikkelen voor een nieuw soort zwaartekrachtgolfdetector die klein genoeg is om op een tafelblad te passen en krachtig genoeg om kosmische gebeurtenissen te detecteren die bestaande astronomische apparatuur niet kan.

"Dit is het begin van de volgende fase van zwaartekrachtsgolven en multi-messenger-astronomie, " zei Andrew Geraci, hoofdonderzoeker van het project. "Deze tafelbladsensor zal gebeurtenissen kunnen waarnemen die we nog nooit eerder hebben gezien, het uitbreiden van ons begrip van de ruimte en het universum."

Geraci is een universitair hoofddocent natuurkunde en astronomie aan het Weinberg College of Arts and Sciences in Northwestern en een faculteitslid van het Centre for Fundamental Physics (CFP) en het Centre for Interdisciplinary Exploration and Research for Astrophysics (CIERA) bij Northwestern.

De Levitated Sensor Detector zal het spectrum van detecteerbare zwaartekrachtgolven uitbreiden naar hogere frequenties, mogelijk een venster openen voor de soorten gebeurtenissen die verband houden met de mysterieuze donkere materie in het universum. Het zal een aanvulling vormen op het onderzoek dat wordt uitgevoerd bij de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) en de Virgo-observatoria, die verscheidene acres land innemen in de Verenigde Staten en Italië, door kleinere kosmische gebeurtenissen te observeren die golven produceren met een frequentie die LIGO en Maagd niet kunnen detecteren.

"Als je aan zwaartekrachtsgolven denkt zoals geluidsgolven, de frequentie die we proberen vast te leggen met zwevende sensoren is een soort hondenfluitje, " zei Vicky Kalogera, mede-onderzoeker van het project en directeur van CIERA.

"Honden zijn in staat om geluidsfrequenties te horen die het menselijk oor niet kan waarnemen. zwevende sensoren pikken frequenties op die LIGO en Maagd niet kunnen detecteren, " zei Kalogera, die ook de Daniel I. Linzer Distinguished University Professor of Physics and Astronomy is en een van de belangrijkste astrofysici in de LIGO Scientific Collaboration (LSC).

Noordwest-wetenschappers zullen twee jaar besteden aan het bouwen en testen van het zwevende sensorprototype, die zal bestaan ​​uit twee armen in een L-formatie, elk met een lengte van ongeveer een meter. De zwevende sensor werkt dan gedurende een observatieperiode van een jaar, waarvan de resultaten zullen worden gedeeld met de internationale zwaartekrachtsgolf- en astronomiegemeenschappen.

Zwevende sensoren zullen kosmische gebeurtenissen kunnen detecteren die zwaartekrachtgolven produceren met een frequentie van meer dan 10 kHz. Men denkt dat deze gebeurtenissen het resultaat zijn van kleine kosmische gebeurtenissen met zwarte gaten die qua massa vergelijkbaar zijn met de zon van de aarde. en oerzwarte gaten geproduceerd in de vroegste dagen van het universum. Astrofysici theoretiseren, maar hebben tot nu toe niet kunnen bewijzen dat deze gebeurtenissen verantwoordelijk zijn voor het ontstaan ​​van donkere materie. Andere kandidaten voor donkere materie zoals axions, hypothetische deeltjes waarvan wordt voorspeld dat ze een onderdeel zijn van koude donkere materie, kan ook worden gezocht met het apparaat.

De ontwikkeling van deze tafeldetector valt samen met de ontwikkeling van een derde type detector aan de andere kant van het frequentiespectrum. De European Space Agency is van plan om LISA te lanceren, een in de ruimte gebaseerde zwaartekrachtgolfdetector die tientallen miljoenen kilometers omspant, in het begin van de jaren 2030.

"Net zoals elektromagnetische astronomie telescopen en gammastralingsdetectoren heeft en meer, de zwaartekrachtgolfgemeenschap ontwikkelt nu de tools die nodig zijn om gebeurtenissen op alle delen van het spectrum te detecteren, " mede-onderzoeker van het project Shane Larson zei. "LISA zal de grote gebeurtenissen detecteren; LIGO en Maagd pakken de medium evenementen op; en LSD zal de kleinste kosmische gebeurtenissen detecteren."