Új fejlesztés a horizonton: A LIGO mostantól képes érzékelni a gravitációs hullámokat akár 13 millió fényévről is! Ez a forradalmian új prototípus új dimenziókat nyit a csillagászat és a gravitációs hullámok kutatása terén.

A Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) az egyik legfejlettebb tudományos műszer, amelyet a gravitációs hullámok észlelésére hoztak létre. A 16 négyzetkilométeren elterülő obszervatórium a világ legnagyobb tudományos létesítményei közé tartozik, ám potenciálját nem tudja teljes mértékben kihasználni a lézerteljesítmény korlátai miatt.

A LIGO jelenlegi lézere 200 wattos teljesítménnyel kezdődik, de a tervek szerint ezt fokozatosan 750 kilowattra emelik. A kutatók azonban úgy vélik, hogy az optimális érzékenység eléréséhez ennél is jelentősebb teljesítményre van szükség – legalább 1 megawatt feletti lézerteljesítményre.

"A gravitációs hullámok érzékelésének nagyobb érzékenységét a kvantumzaj csökkentésével és a keringő lézerteljesítmény növelésével lehet elérni"

- állapították meg a kutatók egy friss tanulmányban, amelyről az Interesting Engineering számolt be.

A LIGO lézerteljesítményének növelése eddig komoly technikai akadályokat állított elénk, de egy friss optikai eszköz prototípusa forradalmi változást hozhat. "Ismertetjük egy innovatív adaptív optikai technológia potenciálját, amely lehetővé teszi a gravitációs hullámok észlelési távolságának jelentős megnövelését" - fogalmaznak a kutatás szerzői.

A prototípus egy innovatív megközelítést alkalmaz, amely eltér a klasszikus optikai rendszerektől. Ahelyett, hogy hagyományos lencséket és tükröket használnának, a rendszer olyan technikákra épül, amelyek képesek a fény manipulálására anélkül, hogy azok fizikai formáit közvetlenül befolyásolnák. Ennek köszönhetően a fényeloszlás, a sugár formája és az energiaátvitel precízen szabályozható, így a LIGO teljesítménye jelentősen optimalizálható.

A LIGO obszervatórium elvileg észlelheti az idegen űrhajók hiperhajtóműveit A LIGO az ütköző fekete lyukak által keltett gravitációs hullámok észlelésére alkalmas, az új eredmények szerint viszont hiperhajtóműveket is lehetne vele érzékelni a galaxisunk összes csillagrendszerében. Jelenleg tervezett obszervatóriumokkal viszont már galaxisok ezreit is átfésülhetnék ez után a technológia után kutakodva.

A készülék rendkívül precíz optikai korrekciókat végez a LIGO fő tükrein. Az ultraalacsony zajszintű infravörös sugárzás, amelyet kibocsát, közvetlenül a tükörfelületekhez közel helyezkedik el, jelentősen fokozva ezzel az obszervatórium érzékenységét. A kutatók a közelgő LIGO A+ frissítést is modellezték, amely egy 125 wattos lézert és 9 dB-es kvantumzajcsökkentést integrálna. Az elemzések alapján ez a fejlesztés akár 20%-kal csökkentheti a háttérzajt a 200 Hz és 5 kHz közötti frekvenciatartományban, lehetővé téve a LIGO számára, hogy érzékelje a gravitációs hullámforrásokat, amelyek több millió fényévnyire helyezkednek el, például neutroncsillagok egyesülését.

A LIGO fejlesztésein túl az Egyesült Államok egy ambiciózus projektet tervez: a Cosmic Explorer névre keresztelt új generációs gravitációs hullám-observatóriumot. Ez a létesítmény a LIGO méretének akár tízszeresére is bővülhet, egy impozáns 40 × 40 km-es területen. A várakozások szerint a Cosmic Explorer a 2030-as évek elejére elkészül, és lehetőséget biztosít az univerzum korai állapotainak alaposabb megismerésére – olyan időszakokra, amikor a világegyetem jelenlegi 14 milliárd éves korának csupán 0,1%-a telt el. Az új megfigyelő központ, akárcsak a LIGO, jelentős lézerteljesítményt igényel majd, így az innovatív optikai technológiák kulcsszerepet játszhatnak a projekt sikerében. A kutatók úgy vélik, hogy a Cosmic Explorer felfedezései alapvető válaszokat adhatnak olyan kérdésekre, amelyek mind a fizika, mind a kozmológia területén kiemelkedő jelentőségűek – például az univerzum tágulási sebességének rejtélyére, vagy a fekete lyukak valódi természetének feltárására.