Фізики випробували революційну оптичну систему FROSTI, що дозволить бачити мільйони злиттів чорних дір

Фізики з Університету Каліфорнії у Риверсайді оголосили про прорив у галузі гравітаційно-хвильової науки. Команда під керівництвом Джонатана Річардсона створила й випробувала повномасштабний прототип FROSTI, розроблений для точного контролю лазерних хвильових фронтів у детекторах LIGO. Цю роботу опубліковано в журналі Opti­ca.

LIGO — це комплекс у Вашингтоні та Луїзіані, що вперше підтвердив існування гравітаційних хвиль у 2015 році. Сигнали виникають під час злиття чорних дір чи нейтронних зір і є рябами простору-часу, передбаченими Ейнштейном. Для їхнього виявлення обсерваторія використовує два лазерних інтерферометри довжиною 4 км. Ключова роль у вимірюваннях належить дзеркалам вагою близько 40 кг і товщиною 20 см, які повинні залишатися стабільними, щоб зареєструвати коливання менші за одну тисячну ширини протона.

FROSTI (FROnt Sur­face Type Irra­di­a­tor) усуває оптичні викривлення, що виникають у дзеркалах від надпотужних лазерів. На відміну від попередніх рішень, він створює тепловий малюнок на поверхні дзеркала з високою точністю, відновлюючи його форму без додаткових шумів, які могли б сплутати з гравітаційними хвилями. Установка здатна працювати при лазерних потужностях понад 1 мегават, що у п’ять разів перевищує сучасні можливості LIGO.

Нове обладнання дозволить збільшити чутливість детекторів у 10 разів і відкриє можливість спостерігати мільйони злиттів чорних дір і нейтронних зір у Всесвіті з безпрецедентною точністю. Це допоможе розширити дослідження космології та фізики надщільної матерії.

Технологія стане важливою частиною модернізації LIGO A#, яка прокладе шлях до наступного покоління детектора Cos­mic Explor­er. Прототип уже випробувано на дзеркалі масою 40 кг, а у перспективі систему адаптують до дзеркал вагою 440 кг. За словами авторів, FROSTI закладає фундамент для розвитку гравітаційно-хвильової астрономії на найближчі два десятиліття.