Η αναζήτηση βαρυτικών κυμάτων, ενός από τα πιο συναρπαστικά κεφάλαια της σύγχρονης αστροφυσικής, αποκτά νέα ώθηση χάρη σε μια πρωτοποριακή τεχνολογική εξέλιξη από αμερικανικά εργαστήρια. Μια ομάδα ερευνητών παρουσίασε το FROSTI, μια συσκευή που υπόσχεται να βελτιώσει κατακόρυφα την ευαισθησία του LIGO, του διάσημου παρατηρητηρίου που το 2015 κατέγραψε για πρώτη φορά τις ανεπαίσθητες ταλαντώσεις του χωροχρόνου από συγκρούσεις μελανών οπών και αστέρων νετρονίων.
Τι είναι το FROSTI
Το FROSTI (FROnt Surface Type Irradiator) έρχεται να αντιμετωπίσει ένα από τα βασικά προβλήματα της λειτουργίας του LIGO: τις ελάχιστες παραμορφώσεις που προκαλούν οι ισχυρές δέσμες laser όταν περνούν μέσα από τους τεράστιους καθρέφτες του ανιχνευτή. Οι καθρέφτες αυτοί, βάρους δεκάδων κιλών, παραμορφώνονται θερμικά σε βαθμό μικρότερο από το μέγεθος ενός πρωτονίου, γεγονός που αρκεί για να μειώσει την ακρίβεια των μετρήσεων. Ακόμη και τέτοιες απειροελάχιστες στρεβλώσεις μπορεί να κρύψουν σήματα προερχόμενα από τα βάθη του σύμπαντος.
Η καινοτομία του FROSTI είναι ότι, αντί να ψύχει το υλικό όπως θα υπέθετε κανείς από το όνομά του, θερμαίνει ελεγχόμενα την επιφάνεια των κατόπτρων. Μέσω μιας διάταξης αντιστάσεων, οι ερευνητές επιτυγχάνουν μια μορφή «θερμικής χειρουργικής επέμβασης», που επαναφέρει το οπτικό τους σχήμα χωρίς να δημιουργεί πρόσθετο θόρυβο στο σύστημα. Όλα αυτά συμβαίνουν σε συνθήκες υπερ-κενού, ώστε να προστατεύονται οι εξαιρετικά ευαίσθητες επιφάνειες από πιθανή μόλυνση.
Τα πρώτα αποτελέσματα
Τα πρωτότυπα του FROSTI, που δοκιμάστηκαν στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Riverside, έδειξαν εντυπωσιακά αποτελέσματα. Όχι μόνο κατάφεραν να διορθώσουν σύνθετες παραμορφώσεις, αλλά απέδειξαν και μεγάλη αντοχή σε ατέλειες ευθυγράμμισης των δεσμών. Με άλλα λόγια, ακόμη κι αν οι ακτίνες laser δεν είναι τέλεια τοποθετημένες, το FROSTI συνεχίζει να λειτουργεί αποτελεσματικά.
Η τεχνολογία εφαρμόστηκε σε κάτοπτρα 40 κιλών, όπως αυτοί που χρησιμοποιούνται σήμερα στο LIGO, όμως είναι σχεδιασμένη ώστε να μπορεί να επεκταθεί και σε πολύ μεγαλύτερα κάτοπτρα. Στο μέλλον, θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε καθρέφτες 440 κιλών που θα εξοπλίσουν νέας γενιάς παρατηρητήρια, όπως το Cosmic Explorer.
Μια δεκαπλάσια «ματιά» στο Σύμπαν
Η πιο σημαντική συνέπεια της νέας αυτής τεχνολογίας είναι η εκτόξευση της ικανότητας παρατήρησης του LIGO: οι επιστήμονες εκτιμούν ότι χάρη στο FROSTI το παρατηρήσιμο Σύμπαν θα αυξηθεί κατά περίπου δέκα φορές. Αυτό μεταφράζεται σε εκατομμύρια συγχωνεύσεις μελανών οπών και αστέρων νετρονίων που μέχρι σήμερα περνούσαν απαρατήρητες.
Αλλά οι δυνατότητες δεν σταματούν εκεί. Η αυξημένη ευαισθησία θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων άγνωστης μέχρι σήμερα προέλευσης. Σήματα αυτού του είδους ενδέχεται να αποκαλύψουν κρίσιμες πληροφορίες για τη φύση της πυκνής ύλης, την εξέλιξη του πρώιμου σύμπαντος και φαινόμενα που μέχρι σήμερα παραμένουν στο σκοτάδι.
Το μέλλον της έρευνας
Οι ερευνητές ήδη εργάζονται σε νέες εκδοχές του FROSTI, με στόχο να ανταποκριθούν σε ακόμη πιο πολύπλοκα οπτικά σενάρια και να συνοδεύσουν την επόμενη γενιά ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων. Το έργο αυτό έρχεται να συμπληρώσει τη διεθνή συνεργασία μεταξύ LIGO στις ΗΠΑ, Virgo στην Ιταλία και KAGRA στην Ιαπωνία, οι οποίοι μαζί συνθέτουν ένα παγκόσμιο δίκτυο για την αποκρυπτογράφηση των μυστικών του σύμπαντος.
[via]
