Desde la primera detección de señales de ondas gravitacionales de un par de agujeros negros que chocaron en 2015, LIGO y el Observatorio Virgo en Europa han registrado docenas de “ondas cósmicas” similares.
SCI Tech Daily señaló que los observatorios LIGO, financiados por la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), están ubicados en Hanford, Washington y Livingston, Louisiana. Pronto, también recibirán una importante actualización.
Una medición completa lleva horas y está totalmente automatizada/controlada a distancia. (Foto de: Caltech)
Con actualizaciones continuas, los investigadores esperan que la astronomía LIGO detecte más y más de estos extremos cósmicos. Esto, a su vez, nos ayuda a desentrañar misterios fundamentales del universo, como cómo se forman los agujeros negros y de dónde proviene la composición del universo en el que vivimos.
Un factor importante para mejorar la sensibilidad de un observatorio de ondas gravitacionales es el recubrimiento del espejo de vidrio en el centro del instrumento. Cada uno de los detectores de los dos observatorios LIGO está equipado con cuatro espejos de 40 kilogramos (88 libras).
El manejo de la prueba se simplifica al depositar el revestimiento en un disco de vidrio más pequeño que un espejo real.
El espejo está recubierto con un material reflectante que esencialmente convierte el vidrio en un espejo que refleja el rayo láser que pasa a través del instrumento y es extremadamente sensible a las ondas gravitacionales.
Por lo general, cuantos más espejos, más sensible es el instrumento, pero los investigadores también se encontraron con un problema: el revestimiento hizo que el instrumento generara un ruido de fondo que oscurecía las señales de ondas gravitacionales en las que estábamos esencialmente más interesados.
El color rosa de la foto se debe a una fina capa de óxido de metal depositada en la superficie del vidrio.
La buena noticia es que en un nuevo estudio publicado hoy en Physical Review Letters, el equipo de LIGO presenta un nuevo revestimiento de espejo hecho de óxido de titanio y óxido de germanio.
Se puede ver que el nuevo recubrimiento no solo reduce el ruido de fondo en el espejo LIGO a la mitad, sino que también aumenta el rango espacial que el observatorio de ondas gravitacionales puede detectar en 1/8.
Gabriele Vajente, científico investigador principal de Caltech LIGO, dijo: “Nuestra capacidad para estudiar la escala astronómica del universo está limitada por lo que sucede en este espacio circundante muy pequeño. Con base en esto, el equipo de investigación espera encontrar una ventaja teóricamente factible. . Un material nuevo e innovador”.
David Reitze, director ejecutivo del Laboratorio LIGO de Caltech, agregó: “Con la ayuda del nuevo recubrimiento, podemos esperar aumentar la tasa de detección de ondas gravitacionales de una vez por semana a una vez al día o más”.
Como proyecto de colaboración entre Caltech e instituciones de investigación universitarias como Colorado, Montreal y Stanford, se basa en el sincrotrón SLAC de Stanford para completar la caracterización del recubrimiento. Además, se espera que este nuevo progreso desempeñe un papel importante en el futuro de las comunicaciones y los semiconductores. .
Después de colocar la muestra en la cámara, se requiere un ajuste fino para garantizar que esté nivelada y perfectamente centrada.
Se informa que LIGO utiliza detectores llamados interferómetros para detectar “ondas en el espacio-tiempo” (señales de ondas gravitacionales). El dispositivo divide un potente láser en dos haces, que luego viajan a lo largo de los brazos inferiores de una gran cavidad de vacío en forma de L hasta reflejarse a 4 kilómetros de distancia.
Luego, el espejo refleja el rayo láser de regreso a la fuente, que, si es perturbado por ondas gravitacionales, produce un estiramiento y compresión espacial casi imperceptible (mucho más pequeño que el ancho del protón), lo que a su vez perturba la forma en que los dos rayos láser regresan a la fuente. fuente tiempo
La cámara debe bombearse a menos de una milmillonésima parte de la presión atmosférica de la Tierra.
Sin embargo, cualquier fluctuación en el espejo en sí, o incluso las vibraciones térmicas microscópicas de los átomos en el revestimiento, pueden afectar el tiempo de llegada del rayo láser, lo que hace que la señal de onda gravitacional sea más difícil de separar.
Cada vez que la luz pasa entre dos materiales diferentes, una parte de la luz se refleja, que es el mismo fenómeno que observamos en las ventanas (el reflejo débil de sí mismo se puede ver en el vidrio).
Pero al agregar múltiples capas de diferentes materiales, podemos mejorar mejor cada reflejo hasta que el espejo sea 99.999% reflectante.
“Lo importante de este trabajo es que hemos desarrollado un nuevo método para probar mejor los materiales”, dice Gabriele Vejente.
Las propiedades de los nuevos materiales ahora se pueden automatizar por completo en aproximadamente 8 horas, en comparación con casi una semana antes. Esto permite a los investigadores recorrer la tabla periódica para probar una variedad de combinaciones de materiales diferentes.
Carmen Menoni, profesora de la Universidad Estatal de Colorado y miembro de la Colaboración Científica LIGO, agregó: “Al personalizar el proceso, encontramos nuevas formas de cumplir con los estrictos requisitos de calidad óptica y reducción del ruido térmico en los recubrimientos de espejos”.
Específicamente, Carmen Menoni y sus colegas probaron un método llamado “pulverización por haz de iones” para recubrir los espejos.
Finalmente, encontraron que un material de recubrimiento hecho de una combinación de óxido de titanio y óxido de germanio disipaba la menor cantidad de energía (equivalente a la reducción de la vibración térmica).
En el proceso de fabricación, los átomos de titanio y germanio se extraen de la fuente, se combinan con oxígeno y luego se depositan sobre el vidrio para formar capas atómicamente delgadas.
Si todo va bien, el nuevo revestimiento podría utilizarse para la quinta serie de observación de LIGO. La próxima ejecución está programada para comenzar a mediados de siglo como parte del programa Advanced LIGO Plus.
Antes de eso, la cuarta ejecución de LIGO, la última observación del programa Advanced LIGO, comenzará en el verano de 2022.
Los detalles de la investigación han sido publicados en la edición reciente de The Physical Review Letters.
