Los científicos han anunciado un nuevo enfoque para detectar ondas gravitacionales en el rango de frecuencia mili-hertz, proporcionando acceso a fenómenos astrofísicos y cosmológicos que actualmente son indetectables por los instrumentos existentes.
Las ondas gravitacionales se han observado a altas frecuencias por interferómetros terrestres como Rigo y Virgo, y a frecuencias ultra bajas mediante matrices de sincronización de pulsar.
Sin embargo, el área de la banda media sigue siendo un punto ciego científico.
El nuevo concepto de detector, desarrollado por investigadores de la Universidad de Birmingham y la Universidad de Sussex, utiliza la cavidad óptica de vanguardia y la tecnología de reloj atómico para detectar ondas gravitacionales en la esquiva banda de frecuencia mili-hertz (10-1 Hz).
Tecnología de resonador óptico para relojes atómicos
Este estudio utiliza avances en la tecnología atómica óptica desarrollados originalmente para relojes atómicos ópticos para revelar detectores que miden pequeños cambios de fase en la luz láser causadas por ondas gravitacionales.
A diferencia de los interferómetros grandes, estos detectores son compactos y relativamente inmunes a los terremotos y el ruido de Newton.
«El uso de técnicas maduras en el contexto de relojes atómicos ópticos nos permite extender el rango de detección de ondas gravitacionales a un rango de frecuencia completamente nuevo con equipos que se ajustan a la mesa de laboratorio», explicó la Dra. Bella Grera de la Universidad de Birmingham.
«Esto abre la emocionante posibilidad de construir una red global de detectores como este y buscar señales que permanezcan ocultas durante al menos 10 años».
Desbloquear la banda de frecuencia de Milli-Hertz
Se espera que la banda de frecuencia Milli-Hertz, a veces llamada «Midbands», alberga señales de una variedad de fuentes astrofísicas y cosmológicas, incluidos binarios compactos de enanos blancos y fusiones de agujeros negros.
Las ambiciosas misiones espaciales como Lisa también están apuntando a esta banda de frecuencia, pero están programadas para ser lanzadas en la década de 2030. Los detectores ópticamente ricos propuestos ahora pueden comenzar a investigar esta área.
El profesor Xavier Calmette, coautor de la Universidad de Sussex, comentó: «El detector puede probar modelos astrofísicos de sistemas binarios de Galaxy, explorar las fusiones de agujeros negros gigantes e incluso buscar antecedentes probabilísticos de los primeros universos.
«El uso de este método comenzará a investigar estas señales y abrir rutas para futuras misiones espaciales».
Extiende las ondas gravitacionales a frecuencias más bajas
Las misiones futuras basadas en el espacio, como Lisa, ofrecen una excelente sensibilidad, pero sus operaciones aún están a más de una década. El detector de cavidades ópticas propuesto proporciona un medio inmediato y rentable para explorar la banda Milli-Hz.
Este estudio sugiere que la integración de estos detectores con las redes de reloj existentes expandirá la detección de las ondas gravitacionales a frecuencias aún más bajas, complementando el observatorio de alta frecuencia como el LIGO.
Cada unidad consta de dos cavidad óptica ultraestable ortogonal y una referencia de frecuencia atómica, lo que permite la detección multicanal de señales de onda gravitacional.
Esta configuración no solo mejora la sensibilidad, sino que también permite la discriminación de la polarización de las olas y la dirección de la fuente.
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