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    Rilevamento delle onde gravitazionali con orologi atomici

    Illustrazione delle onde gravitazionali prodotte da due buchi neri orbitanti. Gli scienziati del CfA hanno descritto un nuovo metodo sensibile per rilevare le onde gravitazionali. Credito:Henze/NASA

    Il recente rilevamento di onde gravitazionali (GW) dalla fusione di due buchi neri di circa trenta masse solari ciascuno con la struttura LIGO a terra ha generato un rinnovato entusiasmo per lo sviluppo di tecniche di misurazione ancora più sensibili. Gli strumenti GW a terra hanno sensori ampiamente distanziati in grado di rilevare cambiamenti submicroscopici nella loro separazione, meglio di una parte su un miliardo di trilioni, Loro soffrono, però, dal rumore prodotto da piccole scosse del terreno, vibrazioni provenienti da fonti naturali o artificiali che si propagano attraverso i rilevatori sintonizzati con precisione. Le vibrazioni più difficili da compensare sono quelle che cambiano in modo relativamente lento, a frequenze di circa una volta al secondo o meno, tuttavia gli astronomi prevedono che le sorgenti GW che producono queste lente variazioni dovrebbero essere interessanti e abbondanti, dalle stelle binarie compatte di massa stellare agli eventi gravitazionali nell'universo primordiale.

    Il CfA è da tempo rinomato per il suo lavoro di laboratorio che produce alcuni dei migliori dispositivi di precisione al mondo. In particolare sono i suoi orologi cronometri a idrogeno-maser, utilizzato dalla NASA per tracciare i suoi satelliti e dai radioastronomi di tutto il mondo per effettuare misurazioni di precisione dei fenomeni cosmici utilizzando l'interferometria Very Long Baseline. Il gruppo CfA maser ha continuato negli anni a sviluppare tecnologie di clock avanzate, e trasformarli in nuovi strumenti per sondare i cieli, tra cui recentemente i cosiddetti "pettini laser" per la misurazione ultraprecisa degli spostamenti di velocità stellari indotti da pianeti extrasolari.

    Scienziati CfA Igor Pokovski, Nick Langellier, e Ron Walsworth e due colleghi hanno pubblicato un nuovo concetto di rivelatore GW per studiare in particolare i GW a bassa frequenza. La loro tecnica misura con precisione non la separazione dei sensori, ma i loro minuscoli movimenti tramite l'effetto Doppler al passaggio di un'onda gravitazionale. Il dispositivo utilizza un laser finemente controllato e precisi orologi atomici montati su due satelliti (a differenza di altri concetti GW spaziali che richiedono tre satelliti, questo sistema ne richiede solo due). La tecnologia per questa capacità richiede solo miglioramenti realistici da implementare, e offre un'importante estensione agli attuali sistemi GW.


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