Австралийские физики разработали и успешно испытали новую технологию, которая может повысить чувствительность детекторов гравитационных волн и расширить возможности наблюдения за столкновениями черных дыр и нейтронных звезд. Исследователи смогли стабилизировать лазерную систему, управляющую положением зеркал сверхточного измерительного оборудования. При этом переключение между лазерами заняло всего около 60 секунд, а полученный результат удалось неоднократно воспроизвести.
Как сообщил 16 октября Университет Западной Австралии, разработку представила международная группа специалистов из исследовательского центра OzGrav, объединяющего ученых нескольких австралийских университетов. Результаты экспериментов опубликованы 8 октября 2026 года в научном журнале Physical Review D.
Исследование посвящено одной из ключевых технических проблем современной гравитационно-волновой астрономии. Детекторы, подобные американской обсерватории LIGO, регистрируют чрезвычайно слабые колебания пространства-времени, возникающие при столкновениях массивных космических объектов.
Для обнаружения таких сигналов используются лазерные интерферометры с зеркалами, расположенными на значительном расстоянии друг от друга. В LIGO длина каждого измерительного плеча составляет 4 километра, а масса основных зеркал достигает 40 килограммов.
Когда через Землю проходит гравитационная волна, расстояние между зеркалами изменяется на ничтожно малую величину. Как объясняют исследователи, оборудование способно регистрировать изменения примерно в тысячу раз меньше диаметра протона.
Однако для проведения подобных измерений зеркала необходимо предварительно стабилизировать. Даже слабые колебания могут нарушить работу установки, поэтому перед началом наблюдений специальная лазерная система обеспечивает требуемое положение оптических элементов.
Проблема заключается в том, что будущие версии гравитационных детекторов планируется оснащать зеркалами с новыми кристаллическими покрытиями. Они способны уменьшить тепловые шумы, которые ограничивают точность измерений, но плохо совместимы с существующей системой стабилизации.
Действующая технология использует зеленое лазерное излучение с длиной волны 532 нанометра. Новые покрытия из соединений алюминия, галлия и мышьяка существенно поглощают такой свет. Это затрудняет использование прежнего метода управления зеркалами.
Австралийские специалисты предложили заменить вспомогательное излучение инфракрасным лазером с длиной волны 1596 нанометров. Его свет находится за пределами основных полос поглощения новых кристаллических покрытий и поэтому подходит для предварительной стабилизации системы.
Чтобы согласовать работу вспомогательного и основного лазеров, ученые использовали специальные нелинейные оптические кристаллы. Они позволили преобразовать излучение разных длин волн и синхронизировать два источника света.
В лабораторном эксперименте исследователи смогли устойчиво управлять оптической системой, а затем передавать управление от вспомогательного лазера основному. Весь процесс занимал приблизительно 60 секунд, что, по оценке разработчиков, значительно быстрее применяемой сейчас процедуры.
Особое значение имела воспроизводимость результата. Эксперимент повторяли в течение нескольких дней, и система продолжала демонстрировать стабильную работу.
Руководитель исследования доктор Цзянь Лю отметил, что новая технология позволяет добиться чрезвычайно высокой точности согласования лазеров. По расчетам ученых, соответствующая ошибка измерения для четырехкилометрового плеча LIGO может составлять около одной десятой диаметра атома.
Это не означает, что зеркала полностью неподвижны или что прибор непосредственно измерил такое смещение на всей длине реального детектора. Речь идет о расчетной оценке точности новой системы управления, полученной на основании лабораторных результатов.
По словам одного из авторов работы, физика Карла Блэра, разработка может стать важным элементом модернизации гравитационно-волновых обсерваторий. Использование новых покрытий и совместимых с ними систем стабилизации позволит создавать более чувствительные приборы для исследования космических явлений.
В перспективе такие усовершенствования должны помочь ученым обнаруживать более слабые сигналы, в том числе от столкновений черных дыр и нейтронных звезд на значительно больших расстояниях.
При этом исследователи подчеркивают, что пока речь идет о лабораторной демонстрации. Новая система еще не установлена на действующих детекторах LIGO и не использовалась для регистрации реальных гравитационных волн.
Следующим этапом станет адаптация технологии к полноразмерным установкам, где потребуется учитывать дополнительные источники вибраций, оптические шумы и сложность управления многокилометровой измерительной системой.
Полученные результаты подтверждают принципиальную возможность применения инфракрасной стабилизации вместе с перспективными кристаллическими зеркалами. Это устраняет одно из технических препятствий на пути создания следующего поколения гравитационно-волновых детекторов.
Комментарии 0