Новый тип датчиков позволил зарегистрировать высокочастотные гравитационные волны, предположительно порожденные темной материей

Posted by admin on 2 сентября, 2021

Новый тип детектора гравитационных волн, развернутый сейчас в Западной Австралии, записал два редких случая, которые могут являться или сигналами от темной материи, или колебаниями исконных черных дыр. Зарегистрированные новыми датчиками высокочастотные гравитационные волны находятся вне диапазона чувствительности всех других детекторов, и этот случай является первым в истории науки, когда ученым удалось получить запись таких сигналов.

Напомним нашим читателям, что гравитационные волны являются искажениями основы нашей Вселенной, пространственно-временного континуума, порожденными самыми высокоэнергетическими событиями во Вселенной. Возможность возникновения гравитационных волн была обоснована Альбертом Эйнштейном более века назад, но впервые их зарегистрировать удалось лишь в 2015 году. С того момента датчики гравитационных обсерваторий LIGO и Virgo зарегистрировали множество гравитационных волн в диапазоне от 30 Гц до 7 кГц, что соответствует столкновению черных дыр или нейтронных звезд.

Однако, гравитационные волны могут иметь частоту, лежащую вне диапазона чувствительности существующих детекторов. И в настоящее время уже два новых датчика занимаются поисками низко- и высокочастотных гравитационных волн, источниками которых могут быть другие виды событий во Вселенной. Одним из таких датчиков является датчик, разработанный учеными научного центра CDM (ARC Center of Excellence for Dark Matter Particle Physics) и университета Западной Австралии.

Основным компонентом нового датчика является BAW-резонатор (bulk acoustic wave resonator), дискообразный кварцевый кристалл, резонирующий на высоких частотах в момент, когда через него проходят акустические колебания. Колеблющийся кристалл вырабатывает электрический заряд, который снимается при помощи прижатых к нему электродов и подается на SQUID-устройство (superconducting quantum interference device), которое усиливает сигнал для уровня, достаточно для проведения измерений.

Все это помещено в корпусе с многослойной защитой от внешнего электромагнитного излучения и охлаждено почти до абсолютного нуля для уменьшения собственных тепловых шумов устройства. И после такого датчик становится способен улавливать гравитационные волны с мегагерцовыми частотами.

Эксперимент с BAW-датчиками проводился в 2019 году на протяжении 153 суток. И самые интересные случаи были зарегистрированы этим датчиком 12 мая и 27 ноября 2019 года. Оба сигнала имели высокую частоту порядка 5 МГц и ученым пока еще неизвестно, какое именно событие могло породить такие сигналы, хотя у них уже имеются два предположения.

Первым предположительным источником высокочастотных гравитационных волн могут являться исконные черные дыры, возникшие спустя миллисекунды после момента Большого Взрыва. Такие черные дыры, согласно существующим теориям, могут быть «зародышами» сверхмассивных черных дыр, расположенных в центрах больших галактик. И если это предположение окажется действительным, то оно станет доказательством существования исконных черных дыр, которые являются пока лишь теоретическим понятием.

А вторым вариантом является предположение, что высокочастотный гравитационный сигнал был порожден в недрах достаточно плотного скопления частиц темной материи.

Подтверждение любого из двух предположений может стать огромным прорывом в физике. Однако, ученые рекомендуют всем сохранять трезвый рассудок по данному поводу, ведь существует еще целая масса более близких и прозаических вариантов объяснения происхождения сигналов. Источниками этих сигналов также могут являться интерференция заряженных частиц, механическое напряжение кристалла резонатора, случайные атомные процессы и даже момент сгорания небольшого метеорита в верхних слоях земной атмосферы.

В скором времени ученые планируют улучшить разработанные ими датчики так, что они смогут охватить еще более широкий диапазон высоких частот. Параллельно с этим планируется установка нескольких датчиков в разных удаленных местах, а сравнение сигналов от этих датчиков позволит отфильтровать данные от перечисленных выше видов случайных событий.