Астрономия гравитационных волн, стремительно прогрессирующая с момента первого обнаружения в 2015 году, находится на пороге значительных достижений. В то время как существующие обсерватории, такие как LIGO, Virgo и KAGRA, улавливают низкочастотные сигналы в диапазоне 10–6000 Гц, усовершенствованный детектор GEO600 в Институте гравитационной физики Макса Планка планирует фиксировать волны с частотами вплоть до 1 МГц. Это открывает новые горизонты для изучения ранее недоступных космических явлений, включая взаимодействие чёрных дыр с облаками гипотетических ультралёгких бозонов, рассматриваемых как кандидаты на тёмную материю, а также слияния первичных чёрных дыр с массой менее солнечной.
За последние десять лет LIGO и Virgo зафиксировали 90 подтверждённых событий, в основном связанных с слиянием чёрных дыр и нейтронных звёзд. Тем не менее, теоретики предполагают наличие источников, испускающих волны на более высоких частотах. Например, быстро вращающиеся нейтронные звёзды с деформациями поверхности или явления «сверхизлучения чёрных дыр», когда они теряют энергию при взаимодействии с частицами тёмной материи. Интерес также вызывают гипотетические компактные объекты из экзотической материи, которые Стандартная модель не описывает.
Ключевой инновацией модернизации GEO600 стал Nd:YAG-лазер на основе алюмо-иттриевого граната с неодимом. Изначально его мощность составляла 12 Вт, что в десять раз меньше, чем у аналогичных систем в LIGO. После обновления системы усиления, лазер развивает мощность 70 Вт, а благодаря технологии power recycling эффективная мощность в интерферометре достигает десятков киловатт, что критически важно для обнаружения высокочастотных сигналов, которые быстро исчезают и требуют высокой чувствительности.
Вторым важным аспектом улучшения является обновлённая система сбора данных (DAQ). Ранее GEO600 мог обрабатывать сигналы с частотой дискретизации 16 кГц, позволяя фиксировать сигналы до 8 кГц. Теперь же, DAQ способен выполнять 4 миллиона измерений в секунду, что вдвое превышает требования критерия Найквиста для частот в 1 МГц. Однако высокая чувствительность сопряжена с риском пропуска сигналов вне узкого диапазона. Чтобы это компенсировать, инженеры применяют метод «де-тюнинга», то есть динамической настройки детектора под конкретные задачи, что требует тщательного планирования наблюдений.
С начала апреля команда GEO600 занимается калибровкой и интеграцией новых систем. До конца года планируется провести 10 тестовых запусков для проверки стабильности лазера, точности DAQ и алгоритмов обработки данных. Если тесты пройдут успешно, то к 2026 году учёные смогут исследовать космос через новое «гравитационное окно».
«Раньше мы наблюдали Вселенную сквозь узкую щель, — объясняет доктор Карстен Данцман, главный инженер проекта. — Теперь эта щель расширяется в просторный проём. Даже если наши гипотезы о мегагерцовых источниках окажутся не верными, природа наверняка преподнесёт сюрпризы, о которых мы пока не подозреваем». Успех миссии GEO600 способен не только расширить границы частотного диапазона гравитационной астрономии, но и бросить вызов современным космологическим моделям, предоставив данные об объектах, упомянутых лишь в теоретических исследованиях.
Источник: iXBT
