Новый подход использует планетарные магнитосферы для обнаружения высокочастотных гравитационных волн

Инновационная концепция, предложенная командой профессора Лю на факультете физики HKUST, позволяет одному астрономическому телескопу в магнитосфере Земли функционировать в качестве детектора сигналов ГВ. Автор: HKUST

Новый метод обнаружения высокочастотных гравитационных волн (HFGW) был предложен исследовательской группой под руководством профессора Тао Лю, доцента кафедры физики Гонконгского университета науки и технологий (HKUST).

Инновационный подход команды может обеспечить успешное обнаружение HFGW за счет использования существующих и технологически осуществимых астрономических телескопов в планетарных магнитосферах, открывая новые возможности для изучения ранней Вселенной и жестоких космических событий эффективным и технически жизнеспособным способом.

Гравитационные волны (ГВ) возникают в результате различных астрономических явлений, таких как фазовые переходы в ранней Вселенной и столкновения первичных черных дыр. Однако их эффекты чрезвычайно слабы и обнаружены только в относительно низкочастотном диапазоне с помощью метода интерферометрии.

Таким образом, наблюдение Вселенной с помощью гравитационных волн представляет собой серьезные технологические проблемы, особенно при исследовании высокочастотного диапазона выше одного килогерца, где использование интерферометрии становится сильно ограниченным.

Чтобы решить эту проблему, профессор Лю и его научный сотрудник доктор Чэнь Чжан сотрудничали с профессором Цзин Реном из Института физики высоких энергий Китайской академии наук и добились значительного прорыва в своем недавнем исследовании. Исследование основано на интригующем физическом эффекте, заключающемся в том, что гравитационные волны, находящиеся в магнитном поле, могут быть преобразованы в потенциально обнаруживаемые электромагнитные волны.

За счет использования расширенных путей внутри планетарных магнитосфер эффективность преобразования увеличивается, что позволяет получать больше сигналов электромагнитных волн. Возможности обнаружения могут быть дополнительно улучшены для телескопов с широким полем зрения из-за широкого углового распределения потока сигнала в такой планетарной лаборатории.

Этот инновационный метод позволяет одному астрономическому телескопу работать в качестве детектора сигналов ГВ. Объединив несколько телескопов, можно достичь широкого охвата частот ВЧГВ в диапазоне от мегагерц до ^10,28 герц.

Этот диапазон частот эквивалентен электромагнитному спектру, используемому в астрономических наблюдениях, и включает в себя большую часть, которая ранее никогда не исследовалась при обнаружении ГВ. Исследование дает первоначальную оценку чувствительности спутниковых детекторов на низкой околоземной орбите и текущих миссий в магнитосфере Юпитера.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters в марте и впоследствии было освещено журналом Nature Astronomy в статье под названием «Лаборатории размером с планету предлагают космологическую информацию» в мае. Это подчеркивает важность исследования, открывающего путь для будущих исследований новых технологий обнаружения GW.

Больше информации: Tao Liu et al, Limits on High-Frequency Gravitational Waves in Planetary Magnetospheres, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.131402
Morgan Hollis, Planet-sized laboratories offer cosmological insights, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02285-w Больше информации: Tao Liu et al, Limits on High-Frequency Gravitational Waves in Planetary Magnetospheres, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.131402
Morgan Hollis, Planet-sized laboratories offer cosmological insights, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02285-w

Источник: Hong Kong University of Science and Technology