Investigadores del Centro de Excelencia ARC para Física de Partículas de Materia Oscura (CDM) y la Universidad de Australia Occidental han construido un detector innovador que tiene como objetivo utilizar cuarzo para capturar ondas gravitacionales de alta frecuencia.

En sus primeros 153 días de funcionamiento, se detectaron dos eventos que podrían, en principio, ser ondas gravitacionales de alta frecuencia, que no han sido registrados por científicos antes.

Estas ondas gravitacionales de alta frecuencia pueden haber sido creadas por un agujero negro primordial o una nube de partículas de materia oscura.

Los resultados fueron publicados este mes en Cartas de revisión física en un artículo titulado "Eventos raros detectados con una antena de ondas gravitacionales de alta frecuencia de ondas acústicas a granel".

Las ondas gravitacionales fueron predichas originalmente por Albert Einstein, quien teorizó que el movimiento de los objetos astronómicos podría causar que ondas de curvatura del espacio-tiempo se envíen ondulando a través del universo, casi como las olas causadas por piedras que caen en un estanque plano. Esta predicción fue probada en 2015 por la primera detección de una señal de onda gravitacional.

Los científicos creen que las ondas gravitacionales de baja frecuencia son causadas por dos agujeros negros que giran y se fusionan entre sí o por una estrella que desaparece en un agujero negro.

Desde entonces, ha comenzado una nueva era de investigación de ondas gravitacionales, pero la generación actual de detectores activos presenta una fuerte sensibilidad solo a señales de baja frecuencia; la detección de ondas gravitacionales de alta frecuencia sigue siendo un frente inexplorado y extremadamente desafiante en astronomía. A pesar de la mayor atención dedicada a las ondas gravitacionales de baja frecuencia, También hay un número significativo de propuestas teóricas para fuentes GW de alta frecuencia, por ejemplo, agujeros negros primordiales.

El nuevo detector diseñado por el equipo de investigación del CDM para captar ondas gravitacionales de alta frecuencia está construido alrededor de un resonador de ondas acústicas a granel (BAW) de cristal de cuarzo. En el corazón de este dispositivo hay un disco de cristal de cuarzo que puede vibrar a altas frecuencias debido a las ondas acústicas que viajan a través de su espesor. Estas ondas luego inducen una carga eléctrica a través del dispositivo, que se puede detectar colocando placas conductoras en las superficies exteriores del disco de cuarzo.

El dispositivo BAW estaba conectado a un dispositivo de interferencia cuántica superconductor, conocido como CALAMAR, que actúa como un amplificador extremadamente sensible para la señal de bajo voltaje del cuarzo BAW. Este conjunto se colocó en múltiples escudos de radiación para protegerlo de los campos electromagnéticos parásitos y se enfrió a baja temperatura para permitir que las vibraciones acústicas de baja energía del cristal de cuarzo se detectaran como grandes voltajes con la ayuda del amplificador SQUID.

El equipo, que incluía al Dr. Maxim Goryachev, Profesor Michael Tobar, William Campbell, Ik Siong Heng, Serge Galliou y el profesor Eugene Ivanov ahora trabajarán para determinar la naturaleza de la señal, potencialmente confirmando la detección de ondas gravitacionales de alta frecuencia.

Campbell dijo que una onda gravitacional es solo un posible candidato que se detectó, pero otras explicaciones del resultado podrían ser la presencia de partículas de carga o la acumulación de tensión mecánica, un evento de meteorito o un proceso atómico interno. También podría deberse a que los candidatos a materia oscura de masa muy alta interactúan con el detector.

"Es emocionante que este evento haya demostrado que el nuevo detector es sensible y nos da resultados, pero ahora tenemos que determinar exactamente qué significan esos resultados, ", Dijo el señor Campbell.

"Con este trabajo, Hemos demostrado por primera vez que estos dispositivos se pueden utilizar como detectores de ondas gravitacionales de alta sensibilidad. Este experimento es uno de los dos únicos actualmente activos en el mundo que buscan ondas gravitacionales de alta frecuencia en estas frecuencias y tenemos planes para extender nuestro alcance a frecuencias aún más altas. donde ningún otro experimento ha mirado antes. El desarrollo de esta tecnología podría proporcionar la primera detección de ondas gravitacionales en estas altas frecuencias, dándonos una nueva visión de esta área de la astronomía de ondas gravitacionales.

"La próxima generación del experimento implicará la construcción de un clon del detector y un detector de muones sensibles a las partículas cósmicas. Si dos detectores encuentran la presencia de ondas gravitacionales, eso será realmente emocionante, " él dijo.