UC Riverside vyvinula technologii, která vědcům umožňuje nahlédnout do vesmíru.
Gravitational-wave Science je na pokraji hlavního kroku vpřed, a to díky novému průlomu instrumentace vedeného fyzikem Jonathanem Richardsonem na Kalifornské univerzitě v Riverside. Ve studii zveřejněné ve OPTICKÝVědci popisují vytvoření a úspěšné testování Frosti, prototypu v plném měřítku navrženém pro kontrolu laserových vlnových vln při extrémně vysokém výkonu uvnitř observatoře laserového interferometru gravitační vlny (Ligo).
Ligo je zařízení, které nejprve potvrdilo existenci Gravitační vlnyRipples in Spacetime produkované masivními zrychlujícími předměty, jako je sloučení černých děr. Tento objev poskytl klíčové důkazy na podporu Einsteinovy teorie relativity. Observatoř se spoléhá na dva 4-kilometrové laserové interferometry ve Washingtonu a Louisianě, aby zachytily tyto slabé signály, což vědcům dává nové způsoby, jak studovat černé díry, kosmologii a fyziku extrémní hmoty.
Jádrem tohoto úsilí jsou zrcadla Ligo, která se řadí mezi nejvíce inženýrské optické komponenty na světě. Každé zrcadlo je 34 cm napříč, tloušťkou 20 cm a váží kolem 40 kg. Musí zůstat absolutně stabilní, aby zaregistrovali zkreslení v prostoru tak malé, jako je jedna tisícina šířka protonu. Dokonce i nejmenší vibrace nebo hluk z životního prostředí mohou zakrýt jemný signál procházející gravitační vlny.
„Srdcem naší inovace je nové adaptivní optické zařízení navržené tak, aby přesně přetvořilo povrchy hlavních zrcadel Ligo pod laserovými silami přesahujícími 1 megawatt – více než miliardukrát silnější než typický laserový ukazatel a téměř pětkrát, který společnost Ligo používá dnes,“ řekl Richardson, asistent profesor a astronomie. „Tato technologie otevírá novou cestu pro budoucnost astronomie gravitační vlny. Je to rozhodující krok k umožnění další generace detektorů jako jako Kosmický průzkumníkkterý uvidí hlouběji do vesmíru než kdy předtím. “
Řekl někdo Frosti?
Frosti, zkratka pro ozáření typu předního povrchu, je regulační systém přesného vlny, který působí proti zkreslením způsobeným intenzivním vytápěním laseru v optice Ligo. Na rozdíl od stávajících systémů, které mohou pouze provést hrubé úpravy, Frosti používá sofistikovaný tepelný projekční systém k provedení jemných vyladěných korekce vyššího řádu. To je zásadní pro přesnost potřebnou v budoucích detektorech.
Navzdory svému ledovému názvu Frosti pracuje pečlivým zahříváním povrchu zrcadla, ale způsobem, který jej obnovuje do původního optického tvaru. Pomocí tepelného záření vytváří vlastní tepelný vzor, který vyhladí zkreslení bez zavedení nadměrného šumu, který by mohl napodobovat gravitační vlny.
Proč na tom záleží
Gravitační vlny byly poprvé detekovány společností Ligo v roce 2015 a zahájily novou éru v astronomii. Abychom však plně odemkli svůj potenciál, musí být budoucí detektory schopny pozorovat vzdálenější události s větší jasností.
„To znamená posunout limity jak na laserovou sílu, tak na přesnost kvantové úrovně,“ řekl Richardson. „Problém je v tom, že zvyšující se laserová síla má tendenci ničit jemné kvantové stavy, na které se spoléháme na zlepšení čistoty signálu. Naše nová technologie řeší toto napětí tím, že zajistí, že optika zůstává nezasvážená, a to i na úrovni megawattu.“
Tato technologie pomůže rozšířit pohled na gravitační vlnu na vesmír faktorem 10, což potenciálně umožní astronomům detekovat miliony z černá díra a Neutronová hvězda fúze napříč vesmírem s bezkonkurenční věrností.
Podívejte se dopředu: Ligo A# a Cosmic Explorer
Očekává se, že Frosti bude hrát kritickou roli v ligo A#, plánované upgrade, který bude sloužit jako cestzeník pro observatoř nové generace známé jako Cosmic Explorer. Zatímco současný prototyp byl testován na 40 kg Ligo zrcadle, technologie je škálovatelná a nakonec bude přizpůsobena zrcadkám 440 kg předpokládaných pro Cosmic Explorer.
„Současný prototyp je jen začátek,“ řekl Richardson. „Už navrhujeme nové verze schopné napravit ještě složitější optické zkreslení. Toto je nadace výzkumu a vývoje pro příštích 20 let astronomie gravitační vlny.“
Reference: “Demonstration of a next-generation wavefront actuator for gravitational-wave detection” by Aidan Brooks, Shane Levin, Cynthia Liang, Luis Martin Gutierrez, Michael Padilla, Jonathan W. Richardson, Liu Tao, Peter Carney, Aiden Wilkin, Luke Johnson, Huy Tuong Cao, Mohak Bhattacharya, Tyler Rosauer and Xuesi MA, 19. října 2025, OPTICKÝ.
Dva: 10.1364/Optics.567608
Richardson se připojil k výzkumu vědci z UCR, Sa Caltech.
Výzkum byl financován grantem Richardsonovi z National Science Foundation.
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
