"Existem muitos processos no universo que são inerentemente escuro, eles não emitem luz de qualquer cor", disse Nergis Mavalvala, parte do Instituto Kavli do MIT para a equipe de Astrofísica e investigação espacial e um líder da equipe de pesquisa. "Uma vez que muitos desses processos envolvem gravidade, queremos observar o universo usando a gravidade como um mensageiro."
Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e da Universidade Nacional da Austrália desenvolveram uma nova tecnologia que visa tornar o avançado Interferometer Gravitational-Wave Observatory Laser (LIGO) ainda mais sensível a desmaiar ondulações no espaço-tempo chamadas de ondas gravitacionais.
Cientistas da avançada LIGO anunciou a primeira observação de ondas gravitacionais no início deste ano (mostrado na parte superior da página), um século depois de Albert Einstein previu sua existência em sua teoria da relatividade geral. Estudar as ondas gravitacionais podem revelar informações importantes sobre eventos astrofísicos cataclísmicos que envolvem buracos negros e estrelas de nêutrons.
No jornal da Optical Society para a pesquisa de alto impacto, Optica, relatam os pesquisadores em melhorias para o que é chamado uma fonte de vácuo espremido. Embora não faça parte do projeto original Avançada LIGO, injetando a nova fonte de vácuo espremido no detector LIGO poderia ajudar a dobrar a sua sensibilidade. Isso permitiria a detecção de ondas gravitacionais que são muito mais fracos ou que se originam de mais longe do que é possível agora.
Por milênios, as pessoas têm usado a luz como uma maneira de ver o universo.Telescópios ampliar o que é visível a olho nu, e telescópios mais recentes usam partes não visíveis do espectro electromagnético para fornecer uma imagem do universo que nos rodeia.
Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia e MIT concebido, construído, e operar os detectores Avançada LIGO idênticos em Livingston, Louisiana e Hanford, Washington. Cada observatório utiliza um dispositivo óptico de longo 2,5 milhas conhecido como um interferômetro para detectar ondas gravitacionais provenientes de eventos distantes, como a colisão de dois buracos negros detectados no ano passado.
A luz do laser viajar para trás e para a frente para baixo dois braços do interferômetro é usado para monitorar a distância entre espelhos no final de cada braço. As ondas gravitacionais irão provocar uma variação ligeira, mas detectável na distância entre os espelhos. Ambos os detectores têm de detectar a variação para confirmar que as ondas gravitacionais, e não a atividade sísmica ou outros efeitos terrestres, provocou a distância entre espelhos para mudar.
"Queremos usar os detectores Avançada LIGO a sentir o mais distante de ondas gravitacionais ou mais fraco de ondas gravitacionais possível", disse Mavalvala."No entanto, este é limitado pelas flutuações quânticas da luz laser, que criam um certo nível de ruído. Se uma onda gravitacional é mais fraca do que o nível de ruído, então não podemos detectá-lo. Assim, temos um grande impulso para diminuir o barulho, e nós podemos fazer isso usando a nossa fonte de vácuo espremido. "
Os pesquisadores estão planejando adicionar a sua nova fonte de vácuo espremido para Avançado LIGO no próximo ano ou assim. Uma vez implementado, irá melhorar a sensibilidade dos detectores gravitacionais, principalmente nas freqüências mais altas importantes para a compreensão da composição das estrelas de nêutrons. Estas estrelas extremamente densas conter a massa do Sol, que tem um raio de 700.000 quilómetros, dentro de apenas um diâmetro de 10 quilômetros.
"Ninguém sabe exatamente como os nêutrons em destas estrelas se comportam quando você esmagá-los em um pacote tão densa", disse Mavalvala. "Estas estrelas de nêutrons, por vezes colidem uns com os outros, e no momento em que eles estão rasgando uns aos outros à parte, você pode estudar as propriedades desta matéria nuclear através da detecção de ondas gravitacionais que ocorrem em frequências mais altas."
Mavalvala explica que a luz do laser utilizado nos detectores LIGO pode ser pensado como um tipo de régua. "O ruído de fase que resulta das flutuações quânticas da luz laser é como tentar medir o comprimento de um pedaço de papel, enquanto as marcas do governante manter balançando e se movendo", disse ela. "Porque este ruído faz com que as marcas em nossa vara de medidor para jitter, queremos reduzir que, ao injetar este estado de vácuo espremido especial que tem flutuações menores, ou produz menos jitter sobre as marcas de escala de nosso governante."
Criando a fonte de vácuo espremido envolvidos modificar um estado de vácuo, que é o estado quântico de menor energia possível. "Nós capturamos parte deste vácuo eletromagnética em uma cavidade óptica construindo primeiro o experimento com raios laser e, em seguida, fazendo com que o estado de vácuo espremido discando-se a potência do laser até que não haja luz, e só o vácuo é deixado", disse Mavalvala. "Então, tudo o que teria feito para a luz, o que podemos fazer para o estado de vácuo espremido."
A fonte de vácuo espremido melhorou constrói sobre o trabalho realizado por pesquisadores da Universidade Leibniz de Hannover e da Universidade de Hamburgo, tanto na Alemanha. A nova fonte de vácuo espremido exibe cerca de dez vezes menos ruído de fase de fontes previamente reportados. Os pesquisadores conseguiu isso, diminuindo as vibrações que podem afetar negativamente o estado espremido e fazendo melhorias para um sistema que corrige qualquer ruído de fase restante.
"A melhor abordagem é tentar reduzir a quantidade de ruído de fase intrínseca, mas se você não pode fazer isso, você pode medir o quanto ele é jittering e, em seguida, usar o feedback para corrigi-lo", disse Eric Oelker, primeiro autor do papel . "Nós usamos uma variação de um esquema de correção que tem sido utilizada antes, mas nossa versão nos permitiu aumentar a largura de banda dos loops de feedback, suprimindo o ruído de fase em uma forma completamente nova."
Os pesquisadores dizem que a nova fonte de vácuo espremido está quase pronto para implantar in Advanced LIGO. Em outra pesquisa, eles mostraram que eles também podem reduzir as perdas ópticas que podem degradar um estado de vácuo espremido. "Ao combinar as perdas ópticas que achamos que podemos conseguir e este novo resultado de ruído de fase inferior, nós estamos apontando para um fator de dois em melhorias para Advanced LIGO", disse Mavalvala. "Esperamos alcançar maiores benefícios na sensibilidade de ondas gravitacionais do que se pensava possível."
A imagem no topo da página mostra que ao longo do tempo, a matéria reúne em uma estrutura de web-like de 'superaglomerados de galáxias ", deixando vazios cada vez maiores por trás. A maior taxa de expansão nos vazios - que compõem uma fração maior do volume do universo - pode explicar as observações normalmente atribuídas a energia escura (Centro de cosmológica Física / U Chicago)
O Galaxy diário via da Optical Society
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