Физики объяснили загадочный шум в антеннах для поиска чёрных дыр

02.11.2016 19:15

Несмотря на успехи проекта LIGO, заявившего в 2016 году о первом в истории факте регистрации гравитационных волн, у “гравитационного телескопа” по-прежнему остаются проблемы с шумами неизвестной природы, которые попытались объяснить исследователи.Учёные из МГУ и квантового центра представили анализ экспериментальных данных по текучести плавленого кварца, из которого изготовлены гравитационные антенны LIGO.

Выяснилось, что причиной неожиданно сильных шумов на низких частотах в этих антеннах может быть высокая вязкость кварцевого стекла, использованного в детекторах гравиволн. Соответствующая статья опубликована в Physical Review D — Particles, Fields, Gravitation and Cosmology.

При анализе данных, полученных во время работы крупнейшего в истории гравитационного проекта LIGO, оказалось, что его антенны откуда-то “слышат” шумы неизвестной природы на низких частотах.

Такие шумы учёные, работающие с проектом, даже называли загадочными (mysterious). Авторы новой работы предположили, что они могут быть связаны со свойствами материала, из которого изготовлены зеркала и подвесы антенн, так как для этих целей традиционно используют плавленый кварц (SiO2).

Плавленый кварц, он же кварцевое стекло, как видно из его второго названия, не является кристаллом, а больше похож по строению на сверхвязкую жидкость.

Технически он всё время течёт, просто сверхмедленно, изменяя свою форму на заметную величину лишь за годы или десятилетия. Исследователи проанализировали накопленные экспериментальные данные по текучести объектов из плавленого кварца, полученные ранее (измерялись очень медленные изменения размеров и формы кварцевого стекла на протяжении многолетнего интервала времени).

Используя эти данные, авторы наметили конкретные параметры для модели вязкоупругого тела на примере антенн и подвесов LIGO. Как показали их расчёты, тепловые флуктуации (случайные колебания) зеркал антенн на низких частотах могут быть значительно выше, чем в предыдущих оценках, сделанных из-за недоучёта текучести кварцевого стекла.

Это может означать, что низкочастотные шумы являются “врождённым” качеством этого материала для гравитационных антенн. К сожалению, точность имеющихся экспериментальных данных пока недостаточна для полного прояснения вопроса, поэтому исследователи предполагают провести ряд новых экспериментов.

Объяснение природы загадочных шумов LIGO потенциально способно поднять чувствительность гравитационной астрономии, которая после открытия гравиволн шагнула далеко вперёд. С её помощью в этом году впервые удалось измерить массы чёрных дыр, слившихся на расстоянии более миллиарда световых лет от Солнца.

Другими способами наблюдать подобные события нельзя, чёрные дыры в космосе, как правило, невозможно обнаружить в электромагнитном диапазоне (“в свете”).

К тому же данные LIGO впервые дали возможность вычислить ту долю массы чёрных дыр, которая при их слиянии преобразуется в гравитационные волны. Она оказалась так велика, что позволила другой группе российских учёных выдвинуть предположение о решающей роли гравиволн в рождении нынешней Вселенной.

Взято с https://life.ru