Onderzoekers van het ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics (CDM) en de University of Western Australia hebben een baanbrekende detector gebouwd die kwarts wil gebruiken om hoogfrequente zwaartekrachtsgolven op te vangen.

In de eerste 153 dagen van de operatie, twee gebeurtenissen werden gedetecteerd die, in principe, hoogfrequente zwaartekrachtgolven zijn, die nog niet eerder door wetenschappers zijn vastgelegd.

Dergelijke hoogfrequente zwaartekrachtsgolven kunnen zijn gecreëerd door een oerzwart gat of een wolk van donkere materiedeeltjes.

De resultaten zijn deze maand gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven in een artikel met de titel "Zeldzame gebeurtenissen gedetecteerd met een bulk akoestische golf hoogfrequente zwaartekrachtgolfantenne."

Zwaartekrachtgolven werden oorspronkelijk voorspeld door Albert Einstein, die theoretiseerde dat de beweging van astronomische objecten ervoor zou kunnen zorgen dat golven van ruimtetijdkromming door het universum worden gestuurd, bijna als de golven veroorzaakt door stenen die in een vlakke vijver vallen. Deze voorspelling werd in 2015 bewezen door de eerste detectie van een zwaartekrachtgolfsignaal.

Wetenschappers geloven dat laagfrequente zwaartekrachtsgolven worden veroorzaakt door twee zwarte gaten die ronddraaien en in elkaar overgaan of door een ster die in een zwart gat verdwijnt.

Vanaf dat moment, een nieuw tijdperk van onderzoek naar zwaartekrachtgolven is begonnen, maar de huidige generatie actieve detectoren heeft een sterke gevoeligheid voor alleen laagfrequente signalen; de detectie van hoogfrequente zwaartekrachtsgolven is een onontgonnen en uiterst uitdagend front in de astronomie gebleven. Ondanks de meeste aandacht voor laagfrequente zwaartekrachtsgolven, er is ook een aanzienlijk aantal theoretische voorstellen voor hoogfrequente GW-bronnen, bijvoorbeeld, oorspronkelijke zwarte gaten.

De nieuwe detector die is ontworpen door het onderzoeksteam van het CDM om hoogfrequente zwaartekrachtsgolven op te vangen, is gebouwd rond een kwartskristal bulk akoestische golfresonator (BAW). Het hart van dit apparaat is een kwartskristalschijf die kan trillen op hoge frequenties als gevolg van akoestische golven die door de dikte reizen. Deze golven induceren vervolgens elektrische lading over het apparaat, die kan worden gedetecteerd door geleidende platen op de buitenoppervlakken van de kwartsschijf te plaatsen.

Het BAW-apparaat was verbonden met een supergeleidend kwantuminterferentieapparaat, bekend als SQUID, die fungeert als een extreem gevoelige versterker voor het laagspanningssignaal van de kwarts BAW. Dit samenstel werd in meerdere stralingsschermen geplaatst om het te beschermen tegen verdwaalde elektromagnetische velden en afgekoeld tot een lage temperatuur zodat lage energie akoestische trillingen van het kwartskristal kunnen worden gedetecteerd als grote spanningen met behulp van de SQUID-versterker.

Het team, waaronder Dr. Maxim Goryachev, Professor Michael Tobar, Willem Campbell, Ik Siong Heng, Serge Galliou en professor Eugene Ivanov zullen nu werken om de aard van het signaal te bepalen, mogelijk de detectie van hoogfrequente zwaartekrachtgolven bevestigen.

De heer Campbell zei dat een zwaartekrachtgolf slechts één mogelijke kandidaat is die werd gedetecteerd. maar andere verklaringen voor het resultaat kunnen de aanwezigheid van ladingsdeeltjes of mechanische spanningsopbouw zijn, een meteoorgebeurtenis of een intern atomair proces. Het kan ook te wijten zijn aan een zeer hoge massa donkere materiekandidaten die interactie hebben met de detector.

"Het is opwindend dat dit evenement heeft aangetoond dat de nieuwe detector gevoelig is en ons resultaten geeft, maar nu moeten we precies bepalen wat die resultaten betekenen, ' zei meneer Campbell.

"Met dit werk we hebben voor het eerst aangetoond dat deze apparaten kunnen worden gebruikt als zeer gevoelige zwaartekrachtgolfdetectoren. Dit experiment is een van de slechts twee die momenteel actief zijn in de wereld die op zoek zijn naar hoogfrequente zwaartekrachtsgolven bij deze frequenties en we hebben plannen om ons bereik uit te breiden naar nog hogere frequenties, waar geen andere experimenten eerder hebben gekeken. De ontwikkeling van deze technologie zou mogelijk de eerste detectie van zwaartekrachtsgolven bij deze hoge frequenties kunnen opleveren, geeft ons nieuw inzicht in dit gebied van zwaartekrachtsgolfastronomie.

"De volgende generatie van het experiment omvat het bouwen van een kloon van de detector en een muondetector die gevoelig is voor kosmische deeltjes. Als twee detectoren de aanwezigheid van zwaartekrachtgolven vinden, dat wordt heel spannend, " hij zei.