La fuente de luz comprimida GEO600 (en primer plano) dentro de la sala limpia GEO600 junto con los tanques de vacío (en el fondo). Crédito:H.Grote / Instituto Max Planck de Física Gravitacional
La detección de las ondas gravitacionales de Einstein se basa en mediciones láser de alta precisión de pequeños cambios de longitud. Los detectores de kilómetros de la red internacional (GEO600, LIGO, Virgo) son tan sensibles que están fundamentalmente limitados por pequeños efectos de la mecánica cuántica. Estos provocan un ruido de fondo que se superpone con las señales de ondas gravitacionales. Este ruido siempre está presente y nunca se puede eliminar por completo. Pero se pueden cambiar sus propiedades, con un proceso llamado exprimiendo, hasta la fecha solo se usa de forma rutinaria en GEO600, de modo que interfiere menos con la medición. Ahora, Los investigadores de GEO600 han logrado una mejor compresión que nunca. Esto abre nuevas formas de mejorar la red internacional de detectores en las próximas ejecuciones de observación y es un paso clave para los detectores de tercera generación como el Telescopio Einstein.
Un maravilloso nuevo récord
El equipo del Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein; AEI) y la Leibniz Universität Hannover alcanzaron un nivel de compresión de 5,7 dB y, por lo tanto, suprimieron el ruido de fondo cuántico en un factor de casi dos. Comparado con un detector sin apretar, esto aumenta el volumen observable del universo en un factor de siete.
El equipo de investigación empleó componentes ópticos de nuevo diseño y ajustó la configuración óptica de la fuente de luz comprimida y cómo se acopla al detector.
"Con la fase actual de actualizaciones de la interfaz completa, hemos podido comenzar a optimizar y caracterizar completamente el sistema dándonos este maravilloso nuevo récord en compresión, mejorar nuestra sensibilidad en frecuencias importantes para comprender la física de las estrellas de neutrones, "dice el Dr. James Lough, científico principal de GEO600.
Trabajo pionero en GEO600
"El equipo de GEO600 ha sido pionero en el uso de compresión en la comunidad internacional de ondas gravitacionales. Varias generaciones de estudiantes de doctorado de GEO600 junto con expertos en compresión de AEI han hecho posible este avance. "explica el Dr. Christoph Affeldt, Gerente de operaciones GEO600.
Mediciones de ruido de fondo GEO600. El eje transversal muestra la frecuencia, el eje vertical la fuerza del ruido en estas frecuencias. Cuanto más bajas son las curvas, cuanto menos ruido haya y mejor se podrán medir las ondas gravitacionales. La curva roja muestra el ruido sin la fuente de luz exprimida, la curva azul muestra el ruido con la fuente de luz comprimida. Las mejoras se producen principalmente en frecuencias superiores a varios cientos de hercios, donde se esperan señales de ondas gravitacionales de estrellas de neutrones. Crédito:Instituto Max Planck de Física Gravitacional
El detector de ondas gravitacionales germano-británico GEO600 cerca de Hannover ha estado utilizando rutinariamente una fuente de luz comprimida desde 2010 y ha sido el único instrumento en el mundo que lo hace. La fuente de luz hecha a medida para GEO600 fue desarrollada y construida en el AEI.
Junto con los compañeros de AEI, El equipo de GEO600 ha estado trabajando continuamente para mejorar la integración del "exprimidor" en el detector. Esto es clave debido a la naturaleza frágil de la luz comprimida:incluso una pérdida muy pequeña en su camino hacia el detector limita el posible aumento de la sensibilidad de GEO600. Por lo tanto, muchas pequeñas mejoras pueden resultar en grandes ganancias en la sensibilidad.
Apretar en la siguiente ejecución de observación O3
La sensibilidad de todos los futuros detectores interferométricos de ondas gravitacionales aumentará mediante el uso de fuentes de luz comprimida similares. En la próxima ejecución de observación común O3 programada para comenzar a principios de 2019, tanto los instrumentos LIGO como el detector Virgo utilizarán luz comprimida. El dispositivo exprimidor Virgo es una versión más reciente del desarrollado para GEO600 y en préstamo permanente de la AEI.
"Para futuros detectores de tercera generación como el telescopio europeo de Einstein se requieren niveles aún más altos de compresión. Con este sorprendente nuevo récord en GEO600, ahora estamos listos para perfeccionar esta tecnología y abordar los próximos desafíos en el camino hacia el Telescopio Einstein, "dice el profesor Karsten Danzmann, director de la AEI y director del Instituto de Física Gravitacional de la Leibniz Universität Hannover.
