Новая система FROSTI позволит LIGO увеличить мощность лазеров в 5 раз

Физики представили технологию, которая позволит гравитационно-волновым обсерваториям, таким как LIGO, значительно повысить мощность лазеров без потери точности измерений. Система FROSTI (FROnt Surface Type Irradiator) успешно протестирована на прототипе и описана в журнале Optica.

Высокоточная тепловая система FROSTI позволяет LIGO и будущим детекторам работать с лазерной мощностью в мегаваттном масштабе, не ухудшая качество сигнала. Это значительно расширит возможности по обнаружению слияний черных дыр и нейтронных звезд. Credit: Shutterstock

Обсерватория LIGO, впервые зафиксировавшая гравитационные волны в 2015 году, использует лазерные интерферометры длиной 4 км для обнаружения крошечных искажений пространства-времени. Чувствительность установки так высока, что даже малейшие вибрации или нагрев оптики мощным лазером могут заглушить искомый сигнал.

Новая система FROSTI решает эту проблему. Она представляет собой адаптивное оптическое устройство, которое с помощью точно настроенного теплового излучения корректирует форму главных зеркал LIGO, компенсируя искажения от мощного лазерного луча.

«В основе нашей инновации — устройство, способное точно изменять поверхности главных зеркал LIGO при лазерной мощности, превышающей 1 мегаватт. Это почти в пять раз больше, чем использует LIGO сегодня», — пояснил руководитель исследования Джонатан Ричардсон из Калифорнийского университета в Риверсайде.

Несмотря на «холодное» название, FROSTI работает за счет контролируемого нагрева поверхности зеркала, возвращая ему идеальную оптическую форму. Это позволяет увеличить мощность лазеров, не разрушая квантовые состояния, необходимые для четкости сигнала.

Ожидается, что эта технология расширит наблюдаемую гравитационно-волновую Вселенную в 10 раз. Это откроет возможность обнаруживать миллионы слияний черных дыр и нейтронных звезд по всей космической истории. FROSTI станет ключевым компонентом планируемого обновления LIGO A# и основой для следующего поколения обсерваторий, таких как Cosmic Explorer.

Гравитационные волны, предсказанные Альбертом Эйнштейном в общей теории относительности, являются одним из самых сложных для обнаружения физических явлений. С момента первого детектирования в 2015 году ученые зафиксировали уже более 90 событий, что кардинально изменило понимание черных дыр и нейтронных звезд.