Titokzatos, soha nem látott jeleket rögzített egy új gravitációs hullámdetektor

Egy asztali gravitációs hullámdetektor, amely egy kvarcdarab köré épül, két titokzatos jelet rögzített az első 153 működési napon. Nem világ...

Egy asztali gravitációs hullámdetektor, amely egy kvarcdarab köré épül, két titokzatos jelet rögzített az első 153 működési napon.

Nem világos, hogy pontosan mik ezek a jelek, mivel számos jelenségből származhatnak. De az egyik ilyen jelenség pontosan az lehet, amire az érzékelőt tervezték - nagyfrekvenciás gravitációs hullámok, amelyeket korábban soha nem rögzítettek. (1)

Túl korai bármiféle következtetést levonni, de az érzékelő következő változata leszűkítheti azt a forrást, ami a kvarc rezonanciáját okozta.

"Izgalmas, hogy ez az esemény megmutatta, hogy az új érzékelő elég érzékeny és eredményeket ad nekünk, de most meg kell határoznunk, hogy pontosan mit jelentenek ezek az eredmények," - mondta Michael Tobar, a Nyugat-Ausztráliai Egyetem fizikusa. (2)

"Ezzel a munkával először bizonyítottuk be, hogy ezek az eszközök rendkívül érzékeny gravitációs hullámérzékelőként használhatók."

Az első úttörő gravitációs hullámérzékelést mindössze hat évvel ezelőtt végezték. Azóta a LIGO és a Virgo detektorok felfedték, hogy a világegyetem korábban nem ismert gravitációs hullámoktól cseng, melyek a fekete lyukak és a neutroncsillagok ütközéséből erednek.

Ezek az érzékelők hatalmasak, karjuk 4 kilométer hosszú. A karok mentén lévő lézereket a gravitációs hullámok apránként megzavarják, interferenciamintákat hozva létre a rekombinált fényben, amelyek elemezhetők a hullámokat kiváltó esemény jellegének feltárására. Eddig a technológiát az alacsony frekvenciájú rendszerre optimalizálták.

A nagyfrekvenciás gravitációs hullámokat sokkal nehezebb észlelni, de mindenképpen érdemes követni őket. A gravitációs hullámok hullámhossza arányos az univerzum méretével; a későbbi hullámok nagyobbak, így a rövidebb, nagyfrekvenciás hullámok információkat tárhatnak fel az ősrobbanásról és az idők kezdetéről az univerzumban.

A közelmúlt nagyfrekvenciás gravitációs hullámai olyan hipotetikus objektumokat tartalmazhatnak, mint a bozoncsillagok és az ősi fekete lyukak. Ezeket a hullámokat akár a sötét anyag felhői is előidézhetik. Tehát a csillagászok nagyon is érdekeltek ezen jelek észlelésében.

Tobar és kollégája, Maxim Gorjacsev fizikus a Nyugat-Ausztráliai Egyetemről 2014-ben asztali detektort tervezett nagyfrekvenciás gravitációs hullámokhoz. Most egy nemzetközi csapattal együtt megfigyelő teszteket végeztek.

Maga az érzékelő egy kvarckristály korong, amelyet akusztikus hullám (BAW) rezonátornak neveznek, aminek egyik oldala enyhén domború. Elméletileg a nagyfrekvenciás gravitációs hullámoknak álló hanghullámokat kell generálniuk a korongban, amelyeket a domború oldal fononként érzékel.

A korongot kriogén módszerrel hűtik a hőzaj csökkentése érdekében, és a kristálytól nagyon kis távolságra elhelyezett vezető lemezek érzékelik a benne rezgő akusztikus módok által generált perc piezoelektromos jeleket. Ez a jel abszolút kicsi, ezért egy szupravezető kvantuminterferencia eszközt vagy SQUID-et használnak, hogy rendkívül érzékeny jelerősítőként működjön.

Az egész érzékelőt sugárzásvédett vákuumkamrába helyezik, hogy megakadályozzák a lehető legtöbb interferenciát. Ezzel a beállítással a csapat két megfigyelést végzett, és minden alkalommal sor került detektálásra - az elsőre 2019. május 12-én, a másodikra pedig 2019. november 27-én.

Mindkét esetben számos hihető lehetőség rejlik. A kvarctárcsán belüli mechanikai feszültség csökkenése az egyik; a külső ionizáló sugárzás okozta belső radioaktív esemény egy másik, bár a kutatók nem tudnak olyan külső eseményről, amely ezt okozhatta volna.

Bár egy meteorzápor képes akusztikus hullámokat kelteni, az árnyékolásnak meg kellett volna védenie az eszközt ezek ellen. A tettes akár kozmikus sugarak is lehettek.

A többi lehetőség izgalmasabb - a sötét anyag topológiai hibái vagy a sötét anyagrészecskék által okozott zavarok elméletileg okozhatták a jeleket.

Vagy végül fennáll a nagyfrekvenciás gravitációs hullámok lehetősége. Ez sokkal több vizsgálatot igényelne, mivel a jel alakja nem mutatja a kozmikus egyesülés úgynevezett "csipogását".

A detektor következő változatához a kutatók hozzáadnak egy második kristályt saját SQUID-el és leolvasással, valamint egy müon detektorral, hogy kizárják a kozmikus sugarakat. Ez segíthet leszűkíteni, hogy mi okozta a csapat által észlelt jeleket.

"Ez a kísérlet egyike annak a kettőnek, amelyek jelenleg aktívak a világon, és ezeken a frekvenciákon keresnek nagyfrekvenciás gravitációs hullámokat, és terveink szerint kiterjesztjük elérésünket még magasabb frekvenciákra is, ahol más kísérletek eddig nem voltak," - mondta Tobar.

"Ennek a technológiának a kifejlesztése potenciálisan lehetővé tenné a gravitációs hullámok első észlelését ezeken a magas frekvenciákon, új betekintést adva a gravitációs hullámok csillagászatának ezen területére."

"A kísérlet következő generációja magában foglalja az érzékelő klónjának és a kozmikus részecskékre érzékeny müondetektor felépítését. Ha két detektor észleli a gravitációs hullámok jelenlétét, az igazán izgalmas lesz." (3)

(1) - https://journals.aps.org/prl/abstract/10
(2) - https://www.uwa.edu.au/news/Article
(3) - https://www.sciencealert.com/a-gravit