Lassan tíz éve annak, hogy a tudósoknak sikerült megtalálniuk a tudomány Szent Grálját: a világon először detektáltak gravitációs hullámokat. Az eredményre sokáig kellett várni, a létezésére ugyanis Albert Einstein következtetett először a relativitáselmélete alapján, ám hosszú évtizedeken át egyszerűen nem volt eszköz, amivel ezt detektálni lehetett volna.
Ezen változtatott az amerikai LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), a valaha épített legérzékenyebb műszer, amellyel egy hatalmas nemzetközi tudományos összefogásnak – köztük magyar tudósoknak – köszönhetően sikerült elérni a tudomány eddigi csúcsát.
A gravitációs hullámok a téridő apró fodrozódásai, amelyeket kozmikus ütközések, például összeolvadó fekete lyukak okoznak. A probléma az, hogy bár régóta sejtett a létezésük, szinte észrevehetetlenül gyengék. Ahhoz, hogy sikerüljön detektálni, egy rendkívül érzékeny műszer kellett – ez lett a LIGO –, amely vákuumban elhelyezett tükrökkel és lézerekkel képes érzékelni a hullám keltett apró változásokat.
Ahhoz, hogy messzebbre lásson és még gyengébb jeleket is be tudjon fogni, a LIGO-nak erősebb lézerekre van szüksége. Csakhogy az erősebb lézerek kissé meghajlítják a tükröket, ami azért probléma, mert még a protonnál kisebb apró görbületek is gátolhatják a jelek érzékelését.
A Kaliforniai Egyetem kutatóinak most ezt a problémát sikerült orvosolniuk. Egy olyan új rendszert fejlesztettek ki – a FROSTI-t –, amely megoldja ezt a problémát, lehetővé téve a LIGO és a jövőbeli obszervatóriumok számára, hogy minden eddiginél mélyebben vizsgálják a kozmoszt.
Jonathan Richardson, az egyetem fizikusa szerint az új technológia úgy oldja meg a lézer erősségének problémáját, hogy biztosítja, az optika torzítatlan maradjon, még megawattos teljesítmény esetén is.
Mi történik pontosan?
A LIGO tükrei 34 centiméter szélesek, 20 centiméter vastagok és 40 kilogramm tömegűek. Amikor megawatt teljesítményű lézersugarak haladnak át rajtuk – ez körülbelül ötszöröse a LIGO által jelenleg használt teljesítménynek –, a tükrök egyenetlen módon melegszenek fel, apró dudorokat és bemélyedéseket hoznak létre, amelyek csökkentik az érzékenységet.
A FROSTI (FROnt Surface Type Irradiator) úgy korrigálja ezeket a torzulásokat, hogy szabályozott hőmintákat vetít a tükör felületére egy fűtőelemekből álló gyűrű segítségével. Ez gondosan átalakítja a tükröt, kisimítja a deformációkat, miközben a hozzáadott zajt rendkívül alacsonyan tartja.
Tyler Rosauer et al./Optica (2025)
A tesztek kimutatták, hogy a prototípus képes kezelni a nagyon nagy lézerteljesítményt, korrigálni a komplex torzításokat és tolerálni a nyaláb enyhe eltolódását. Az egység jelenleg a 40 kilogrammos tükrökkel működik, de úgy tervezték meg, hogy a jövőben skálázható legyen, és egy 440 kilogrammos optikával is használni lehessen – olvasható az Optica című tudományos lapban megjelent publikációban.
Miért jó ez?
Bár a gravitációs hullámok detektálása eddig is óriási tudományos eredmény volt, a műszer fentebb írt korlátjából fakadóan egy adott távolságon túl már nem lehetett használni. A kutatók úgy vélik, hogy ennek most vége.
A FROSTI nevű eszköz segítségével a gravitációs hullámokat detektáló obszervatóriumok gyengébb és távolabbi eseményeket is képesek észlelni. A számítások szerint a fejlesztés nagyjából tízszeresére növeli a megfigyelhető univerzum nagyságát.
Ez lehetővé tehetné a csillagászok számára, hogy több millió fekete lyuk és neutroncsillag összeolvadását, valamint számos más rejtélyes kozmikus eseményt rögzítsenek, amelyek jelenleg még nem észlelhetők. Az ilyen megfigyelések nagyban hozzájárulnának ahhoz, hogy az ember megértse az univerzum szélsőséges jelenségeit – írja az Interesting Engineering.
A kutatók szerint a jelenlegi prototípus csupán a kezdet, és a jövőben olyan eszközöket is építenek majd, amik képesek a még összetettebb torzítások kiküszöbölésére.
Az új, még érzékenyebb műszerek segítségével olyan kérdésekre kaphat választ az ember, mint hogy mikor kezdődött az idő, nem mellesleg pedig tovább bővülhet a gravitációs hullámok katalógusa.
Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának tudományos felfedezésekről is hírt adó Facebook-oldalát.
