Измервайки 153 последователни дни с уникален детектор, който използва кварц за измерване на гравитационни вълни, изследователи от ARC Центъра за високи постижения за физиката на частиците на тъмните материи (CDM - ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics) и Университета на Западна Австралия идентифицират две събития през 2019 г., които може да са гравитационни вълни, които никога не са били откривани досега.

Това са високочестотни гравитационни вълни, които биха могли да бъдат произведени от първични черни дупки, тоест черни дупки, образувани по време на Големия взрив преди 13,8 милиарда години, или от облаци от тъмна материя.

Резултатите от тази първа фаза на изследване са публикувани в статия във Physical Review Letters този месец.

На 11 февруари 2016 изследователите от LIGO в Съединените щати съобщиха, че са регистрирали първите гравитационни вълни, прогнозираните вълни на пространство-времето от Алберт Айнщайн преди повече от сто години.

Гравитационните вълни са открити за първи път през 2015 г. с детекторите LIGO. Оттогава започна нова ера на изследванията на гравитационните вълни, но сегашното поколение активни детектори се отличава със силна чувствителност само към нискочестотни сигнали, причинявани от сблъсъци на черни дупки (или в редки случаи неутронни звезди).

Откриването на високочестотни гравитационни вълни остава неизследвана и изключително предизвикателна област в астрономията.

Новият детектор, проектиран от изследователския екип на CDM за улавяне на високочестотни гравитационни вълни, е изграден около кварцов кристален резонатор за обемни акустични вълни (BAW - Bulk Acoustic Wave). Той би може да открива високочестотни вълни, произведени от други източници, като гореспоменатите първични черни дупки и облаци от тъмна материя.

В основата на това устройство е кварцов кристален диск, който може да вибрира на високи честоти заради акустични вълни, преминаващи през дебелината му. След това тези вълни предизвикват електрически заряд в устройството, който може да бъде открит чрез поставяне на проводящи плочи върху външните повърхности на кварцовия диск.

Вибрациите в пространството, преминаващи през BAW, се усилват от т. нар. свръхпроводящо устройство за квантова интерференция (SQUID - superconducting quantum interference device),  изключително чувствителен усилвател за идващия от кварцовия кристален диск. Този възел е поставен в множество радиационни екрани, за да го предпази от разсеяни електромагнитни полета и се охлажда до ниска температура, за да позволи ниско енергийните акустични вибрации на кварцовия кристал да бъдат открити като големи напрежения с помощта на усилвателя SQUID, и това дава възможност за откриване на минимални колебания в тъканта на пространство-времето.

Екипът сега ще работи за определяне на естеството на сигнала, дали наистина са наблюдавани високочестотни гравитационни вълни, защото на теория може да е и нещо друго - наличие на заредени частици или натрупване на механично напрежение, вибрации, причинени от преминаващ метеор или вътрешен атомен процес. Това може да се дължи и на взаимодействащи с детектора кандидат-частици тъмна материя с много голяма маса..

Справка: Maxim Goryachev et al, Rare Events Detected with a Bulk Acoustic Wave High Frequency Gravitational Wave Antenna, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.071102

Източник: World-first detector designed by dark matter researchers records rare events, Fleur Morrison, University of Western Australia