Новая система адаптивной оптики улучшит наблюдение гравитационных волн

Технология обнаружения гравитационных волн готовится к значительному прорыву благодаря разработке физика Джонатана Ричардсона из Калифорнийского университета в Риверсайде. В журнале Optica опубликована статья, посвящённая созданию и испытаниям прототипа системы FROSTI, предназначенной для контроля волнового фронта лазера в обсерватории LIGO.

LIGO — это обсерватория, которая регистрирует гравитационные волны — рябь в пространстве-времени, вызванную массивными ускоряющимися объектами, такими как сливающиеся чёрные дыры. Она первой подтвердила их существование, что стало поддержкой Теории относительности Эйнштейна.

Зеркала LIGO являются одними из самых точных и тщательно сконструированных компонентов обсерватории. Они должны оставаться абсолютно неподвижными, чтобы обнаруживать искажения пространства-времени, меньшие чем 1/1000 диаметра протона.

«В основе нашего новшества — новое устройство адаптивной оптики, предназначенное для точного изменения формы поверхностей основных зеркал LIGO под воздействием лазерной мощности, превышающей 1 мегаватт», — сказал Ричардсон. — «Эта технология открывает новый путь для будущего гравитационно-волновой астрономии».

Что такое FROSTI?

FROSTI (FROnt Surface Type Irradiator) — это система точного управления волновым фронтом, которая компенсирует искажения, вызванные интенсивным лазерным нагревом в оптике LIGO. В отличие от существующих систем, FROSTI использует сложную систему теплового проектирования для точной настройки.

Несмотря на «холодное» название, FROSTI работает за счёт осторожного нагрева поверхности зеркала, но таким образом, что восстанавливает его первоначальную оптическую форму.

Почему это важно

Гравитационные волны были впервые зарегистрированы LIGO в 2015 году, что ознаменовало новую эру в астрономии. Однако для раскрытия их полного потенциала будущие детекторы должны наблюдать более далёкие события с большей чёткостью.

«Это означает выход за пределы возможностей как по лазерной мощности, так и по квантовой точности, — пояснил Ричардсон. — Наша новая технология решает эту проблему, гарантируя, что оптика остаётся неискажённой даже при мегаваттных уровнях мощности».

Ожидается, что эта технология поможет расширить гравитационно-волновой обзор Вселенной в 10 раз.

Планы на будущее

Ожидается, что FROSTI сыграет ключевую роль в запланированном обновлении LIGO A#, которое станет предшественником обсерватории следующего поколения Cosmic Explorer. Текущий прототип масштабируем и в будущем может быть адаптирован для более крупных зеркал.

«Нынешний прототип — это только начало, — сказал Ричардсон. — Мы уже разрабатываем новые версии, способные исправлять ещё более сложные оптические искажения. Это основа НИОКР для следующих 20 лет гравитационно-волновой астрономии».