Un sensor de vibración de vanguardia puede mejorar la próxima generación de detectores de ondas gravitacionales para encontrar las ondas cósmicas más pequeñas del zumbido de fondo del movimiento de la Tierra.

Durante su doctorado, investigador postdoctoral Joris van Heijningen del Centro de Excelencia ARC para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav), desarrolló el sensor de vibración inercial más sensible del mundo. Ahora, propone un diseño similar, pero 50 veces más sensible, a frecuencias inferiores a 10 Hz, utilizando temperaturas criogénicas.

Este nuevo sensor mide vibraciones tan pequeñas como unos pocos femtómetros (una millonésima de una milmillonésima parte de un metro) con un período de 10 a 100 milisegundos (10 Hz a 100 Hz). El artículo publicado recientemente en IOP's Revista de instrumentación revela un prototipo de la próxima generación de sistemas de aislamiento sísmico con sensibilidad de hasta 1Hz, utilizando temperaturas criogénicas:inferiores a 9,2 grados y superiores al cero absoluto.

Aunque no podamos sentirlo nuestro planeta siempre está vibrando un poquito debido a muchos eventos diferentes, tanto cósmico como terrenal; por ejemplo, de ondas gravitacionales (ondas minúsculas en el espacio-tiempo); olas del mar rompiendo en la orilla; o actividad humana. Según el Dr. van Heijningen, algunos lugares vibran más que otros y, si trazas estas vibraciones, se encuentran entre dos líneas denominadas modelos de ruido alto y bajo de Peterson (LNM / HNM).

Los mejores sensores de vibración comerciales se han desarrollado para tener una sensibilidad por debajo del LNM. Son lo suficientemente sensibles para medir todos los lugares de la Tierra con una relación señal / ruido decente, "dice van Heijningen.

Hasta la fecha, el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO), con sus brazos de cuatro kilómetros de largo, utiliza sistemas de aislamiento sísmico para evitar vibraciones terrestres que afecten a las mediciones científicas; sin embargo, Los futuros detectores de ondas gravitacionales exigen sensores de vibración más avanzados y precisos.

Los científicos ya están trabajando en una tercera generación de detectores que tendrán el poder de detectar cientos de fusiones de agujeros negros cada año. midiendo sus masas y giros, incluso más que LIGO, o su equivalente europeo, Virgo, puede medir.

En los EE.UU, habrá el Cosmic Explorer:un observatorio de 40 kilómetros que podrá detectar cientos de miles de fusiones de agujeros negros cada año. Igual de impresionante será el telescopio de Einstein en Europa, con sus 10 kilómetros armados, Configuración triangular construida bajo tierra.

Los detectores futuros podrán medir ondas gravitacionales a frecuencias más bajas que el corte actual ~ 10 Hz, 'porque ahí es donde acechan las señales de colisiones de agujeros negros, ", explica van Heijningen. Pero uno de los principales problemas de estos enormes detectores es que deben ser extremadamente estables:la vibración más pequeña puede dificultar las detecciones.

"Esencialmente, acercar el sistema a cero grados Kelvin (que es 270 grados por debajo de cero grados centígrados) reduce drásticamente el llamado ruido térmico, que es dominante a bajas frecuencias. La temperatura es una vibración de átomos en cierto sentido, y esta minúscula vibración provoca ruido en nuestros sensores y detectores, "dice van Heijningen.

Los detectores futuros deberán enfriarse a temperaturas criogénicas, pero no es tarea fácil. Una vez que los científicos logran eso, La explotación del entorno criogénico mejorará el rendimiento del sensor siguiendo el diseño de esta propuesta. En su nuevo puesto como científico investigador en UCLouvain en Bélgica, van Heijningen planea crear un prototipo de este diseño de sensor y probar su rendimiento para el telescopio Einstein.