Científicos han revelado un nuevo enfoque para detectar ondas gravitacionales en el rango de frecuencia de milihercios, lo que proporciona acceso a fenómenos astrofísicos y cosmológicos indetectables con los instrumentos actuales.
Las ondas gravitacionales (ondulaciones en el espacio-tiempo predichas por Einstein) se han observado a altas frecuencias mediante interferómetros terrestres como LIGO y Virgo, y a frecuencias ultrabajas mediante conjuntos de cronometraje de púlsares. Sin embargo, el rango de banda media ha permanecido en un punto ciego para la ciencia.
Desarrollado por investigadores de las Universidades de Birmingham y Sussex, el nuevo concepto de detector utiliza tecnologías de vanguardia de cavidad óptica y reloj atómico para detectar ondas gravitacionales en la esquiva banda de frecuencia de milihercios (10⁻⁵–1 Hz).
Al publicar su propuesta en Classical and Quantum Gravity, los científicos revelan un detector que utiliza avances en la tecnología de resonadores ópticos, originalmente desarrollados para relojes atómicos ópticos, para medir pequeños cambios de fase en la luz láser causados por el paso de ondas gravitacionales. A diferencia de los interferómetros a gran escala, estos detectores son compactos y relativamente inmunes al ruido sísmico y newtoniano.
La coautora, Dra. Vera Guarrera, de la Universidad de Birmingham, comentó: «Mediante el uso de tecnología desarrollada en el contexto de los relojes atómicos ópticos, podemos ampliar el alcance de la detección de ondas gravitacionales a un rango de frecuencia completamente nuevo con instrumentos que caben en una mesa de laboratorio. Esto abre la emocionante posibilidad de construir una red global de estos detectores y buscar señales que, de otro modo, permanecerían ocultas durante al menos otra década».
Se espera que la banda de frecuencia de milihercios, a veces llamada «banda media», albergue señales de diversas fuentes astrofísicas y cosmológicas, incluyendo sistemas binarios compactos de enanas blancas y fusiones de agujeros negros. Misiones espaciales ambiciosas como LISA también se centran en esta banda de frecuencia, pero su lanzamiento está previsto para la década de 2030. Los detectores de resonador óptico propuestos podrían comenzar a explorar este territorio ahora.
El coautor, el profesor Xavier Calmet, de la Universidad de Sussex, comentó: «Este detector nos permite probar modelos astrofísicos de sistemas binarios en nuestra galaxia, explorar las fusiones de agujeros negros masivos e incluso buscar fondos estocásticos del universo primitivo. Con este método, contamos con las herramientas para comenzar a sondear estas señales desde la Tierra, abriendo el camino a futuras misiones espaciales».
Si bien futuras misiones espaciales como LISA ofrecerán una sensibilidad superior, su funcionamiento está a más de una década de distancia. Los detectores de cavidad óptica propuestos proporcionan un medio inmediato y rentable para explorar la banda de miliHz.
El estudio también sugiere que la integración de estos detectores con las redes de reloj existentes podría extender la detección de ondas gravitacionales a frecuencias aún más bajas, complementando observatorios de alta frecuencia como LIGO.
Cada unidad consta de dos cavidades ópticas ultraestables ortogonales y una referencia de frecuencia atómica, lo que permite la detección multicanal de señales de ondas gravitacionales. Esta configuración no solo mejora la sensibilidad, sino que también permite identificar la polarización de las ondas y la dirección de la fuente.
Con información de IOPscience
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