Un detector de ondas gravitacionales ( telescopio de ondas gravitacionales ) es un dispositivo técnico diseñado para detectar ondas gravitacionales . Según la relatividad general , las ondas gravitatorias generadas, por ejemplo, como resultado de la fusión de dos agujeros negros en algún lugar del universo, provocan un cambio periódico extremadamente débil en las distancias entre las partículas de prueba debido a las fluctuaciones en el propio espacio-tiempo. Estas vibraciones de los cuerpos de prueba son registradas por el detector. Además, tales detectores son capaces de medir perturbaciones gravitatorias de naturaleza geofísica [1] . Así, por ejemplo, se registraron modulaciones con periodicidad sideral en los interferómetros LIGO y VIRGO [1] .
Los más comunes son dos tipos de detectores de ondas gravitacionales. Uno de los tipos, implementado por primera vez por Joseph Weber ( Universidad de Maryland ) en 1967, es una antena gravitacional ; por regla general, es una pieza de metal masiva enfriada a baja temperatura. Las dimensiones del detector cambian cuando una onda gravitacional cae sobre él, y si la frecuencia de la onda coincide con la frecuencia resonante de la antena, la amplitud de las oscilaciones de la antena puede llegar a ser tan grande que las oscilaciones pueden detectarse. En el experimento pionero de Weber, la antena era un cilindro de aluminio de 2 m de largo y 1 m de diámetro, suspendido de cables de acero; la frecuencia de resonancia de la antena era de 1660 Hz, la sensibilidad de amplitud de los sensores piezoeléctricos era de 10 −16 M. Weber usó dos detectores de coincidencia y reportó la detección de una señal cuya fuente probablemente era el centro de la Galaxia. Sin embargo, los experimentos independientes no confirmaron las observaciones de Weber. De los detectores en funcionamiento actualmente, la antena esférica MiniGRAIL ( Universidad de Leiden , Holanda), así como las antenas ALLEGRO , AURIGA , EXPLORER y NAUTILUS funcionan según este principio .
Otro tipo de experimento de detección de ondas gravitacionales mide el cambio en la distancia entre dos masas de prueba utilizando un interferómetro láser de Michelson . El uso del interferómetro de Michelson para la detección directa de ondas gravitacionales fue propuesto por primera vez en 1962 por los físicos soviéticos M. E. Gertsenshtein y V. I. Pustovoit [2] , pero este trabajo pasó desapercibido, y esta idea fue propuesta por segunda vez por físicos estadounidenses en el principios de la década de 1970.
El dispositivo del detector interferométrico es el siguiente: los espejos están suspendidos en dos cámaras de vacío largas (varios cientos de metros o incluso kilómetros) perpendiculares entre sí. La luz coherente, como un rayo láser, se divide, viaja a través de ambas cámaras, rebota en los espejos, regresa y se recombina. En el estado de "calma", las longitudes se eligen de modo que estos dos haces, después de recombinarse en un espejo semitransparente, se anulen entre sí (interfieran destructivamente), y la iluminación del fotodetector resulte ser cero. Pero el desplazamiento de uno de los espejos una distancia microscópica (~ 10 −16 cm , que es 11 órdenes de magnitud menor que la longitud de onda de la luz y equivale a milésimas del tamaño del núcleo atómico) conduce al hecho de que la compensación de los dos haces se viola y el fotodetector captura la luz.
Actualmente, telescopios gravitatorios de este tipo están en funcionamiento o en construcción en el marco del proyecto estadounidense-australiano LIGO (el más sensible), el alemán-inglés GEO600 , el franco-italiano VIRGO y el japonés KAGRA (LCGT):
| Proyecto | Ubicación del telescopio | Longitud del hombro |
|---|---|---|
| KAGRA | Tokio , Japón | 3 kilómetros |
| GEO600 | Hannover , Alemania | 0,6 kilómetros |
| VIRGO | Pisa , Italia | 3 kilómetros |
| LIGO | Handford, pc. Washington , Estados Unidos | 4 kilómetros |
| Livingston , pc. Luisiana , Estados Unidos | 4 kilómetros |
Los datos de medición de los detectores LIGO y GEO600 se procesan utilizando el proyecto Einstein@Home (computación distribuida en miles de computadoras personales).
Los tipos de detectores descritos anteriormente son sensibles a las ondas gravitacionales de baja frecuencia (hasta 10 kHz). Una señal de frecuencia aún más baja (10 −2 −10 −3 Hz), correspondiente a fuentes periódicas de ondas gravitacionales como binarias cercanas, pudo haber sido detectada [3] utilizando un método basado en el efecto de resonancia paramétrica óptico-métrica [4 ] . El experimento utiliza observaciones de fuentes de radio cósmicas ( másers ) con un radiotelescopio convencional . También se están desarrollando versiones de alta frecuencia de detectores de ondas gravitacionales, por ejemplo, basados en el desplazamiento mutuo de frecuencia de dos osciladores espaciados o en la rotación del plano de polarización de un haz de microondas que circula en una guía de ondas en bucle .
Se ha planteado una hipótesis sobre la posibilidad del proceso de detección de ondas gravitacionales de alta frecuencia por un medio dieléctrico condensado al convertir la radiación gravitatoria en radiación electromagnética [5]
Se ha planteado una hipótesis sobre la posibilidad de detectar radiación gravitatoria de baja frecuencia mediante el uso de bloques de la corteza terrestre con dimensiones de 5-7 * 10 6 cm como antenas gravitatorias [6] .
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