Miniature gravitationsbølgedetektor skal bygges ved Northwestern

Et team af fysikere og astronomer fra Northwestern University er klar til at føre gravitationsbølgeastronomi ind i dens næste udvikling. W. M. Keck Foundation har tildelt $1 million, som vil blive brugt til at udvikle en prototype til en ny slags gravitationsbølgedetektor, der er lille nok til at passe på en bordplade og kraftig nok til at detektere kosmiske begivenheder, som eksisterende astronomisk udstyr ikke kan.

"Dette er starten på den næste fase af gravitationsbølge- og multi-messenger astronomi, " sagde Andrew Geraci, hovedefterforsker på projektet. "Denne bordpladesensor vil være i stand til at observere begivenheder, vi aldrig har set før, udvide vores forståelse af rummet og universet."

Geraci er lektor i fysik og astronomi i Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences og et fakultetsmedlem af Center for Fundamental Physics (CFP) og Center for Interdisciplinary Exploration and Research for Astrophysics (CIERA) i Northwestern.

Den leviterede sensordetektor vil udvide spektret af detekterbare gravitationsbølger til højere frekvenser, muligvis åbne et vindue til de typer begivenheder, der er relateret til det mystiske mørke stof i universet. Det vil supplere forskning, der udføres ved Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) og Virgo observatorier, som besætter flere hektar jord i USA og Italien, ved at observere mindre kosmiske begivenheder, der producerer bølger med en frekvens, som LIGO og Jomfruen ikke kan opdage.

"Hvis du tænker på gravitationsbølger som lydbølger, frekvensen, vi forsøger at fange med leviterede sensorer, ligner en hundefløjte, " sagde Vicky Kalogera, projektmedundersøger og CIERA-direktør.

"Hunde er i stand til at høre lydfrekvenser, som det menneskelige øre ikke kan opfatte. Tilsvarende, leviterede sensorer vil opfange frekvenser, som LIGO og Jomfruen ikke kan registrere, " sagde Kalogera, som også er Daniel I. Linzer Distinguished University Professor i Fysik og Astronomi og en af ​​de førende astrofysikere i LIGO Scientific Collaboration (LSC).

Nordvestlige forskere vil bruge to år på at bygge og teste den leviterede sensorprototype, som vil bestå af to arme i en L-formation, hver måler omkring en meter i længden. Den leviterede sensor vil derefter fungere i en et-årig observationskørsel, hvis resultater vil blive delt med de internationale gravitationsbølge- og astronomisamfund.

Leviterede sensorer vil være i stand til at detektere kosmiske hændelser, der producerer gravitationsbølger med en frekvens på mere end 10 kHz. Disse begivenheder menes at være resultatet af små kosmiske begivenheder, der involverer sorte huller, der i masse ligner Jordens sol, og primordiale sorte huller produceret i de tidligste dage af universet. Astrofysikere teoretiserer, men har hidtil ikke været i stand til at bevise, at disse begivenheder er ansvarlige for skabelsen af ​​mørkt stof. Andre mørkt stofkandidater såsom aksioner, hypotetiske partikler, der forudsiges at være en bestanddel af koldt mørkt stof, kan også søges efter ved hjælp af enheden.

Udviklingen af ​​denne bordpladedetektor falder sammen med udviklingen af ​​en tredje type detektor i den modsatte ende af frekvensspektret. Den Europæiske Rumorganisation planlægger at opsende LISA, en rumbaseret gravitationsbølgedetektor, der strækker sig over titusinder af miles, i begyndelsen af ​​2030'erne.

"Ligesom elektromagnetisk astronomi har teleskoper og gammastråledetektorer og mere, gravitationsbølgesamfundet udvikler nu de nødvendige værktøjer til at opdage begivenheder på alle dele af spektret, " Projektmedforsker Shane Larson sagde. "LISA vil opdage de store begivenheder; LIGO og Jomfruen opfanger de mellemstore begivenheder; og LSD vil opdage de mindste kosmiske begivenheder."