Um sensor de vibração de ponta pode melhorar a próxima geração de detectores de ondas gravitacionais para encontrar as menores ondas cósmicas do zumbido de fundo do movimento da Terra.

Durante seu Ph.D., o pesquisador de pós-doutorado Joris van Heijningen do ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), desenvolveu o sensor de vibração inercial mais sensível do mundo. Agora, ele propõe um design semelhante, mas 50 vezes mais sensível, em frequências abaixo de 10 Hz, usando temperaturas criogênicas.

Este novo sensor mede vibrações tão pequenas quanto alguns femtômetros (um milionésimo de um bilionésimo de um metro) com um período de 10 a 100 milissegundos (10 Hz a 100 Hz). O artigo publicado recentemente no IOP's Jornal de Instrumentação revela um protótipo da próxima geração de sistemas de isolamento sísmico com sensibilidade até 1 Hz, usando temperaturas criogênicas - inferior a 9,2 graus e acima do zero absoluto.

Mesmo que não possamos sentir isso, nosso planeta está sempre vibrando um pouco devido a muitos eventos diferentes, cósmico e terrestre; por exemplo, de ondas gravitacionais (ondulações minúsculas no espaço-tempo); ondas do oceano quebrando na costa; ou atividade humana. De acordo com o Dr. van Heijningen, alguns lugares vibram mais do que outros e, se você traçar essas vibrações, eles se encontram entre duas linhas chamadas de modelos de baixo e alto ruído Peterson (LNM / HNM).

Os melhores sensores de vibração comerciais foram desenvolvidos para ter uma sensibilidade abaixo do LNM. Eles são suficientemente sensíveis para medir todos os lugares da Terra com uma relação sinal / ruído decente, "diz van Heijningen.

A data, o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), com seus braços de quatro quilômetros de comprimento, usa sistemas de isolamento sísmico para evitar que as vibrações terrestres afetem as medições científicas; Contudo, os futuros detectores de ondas gravitacionais exigem sensores de vibração mais avançados e precisos.

Os cientistas já estão trabalhando em uma terceira geração de detectores que terão o poder de detectar centenas de fusões de buracos negros a cada ano, medindo suas massas e giros - ainda mais do que LIGO, ou seu equivalente europeu, Virgem, pode medir.

Nos E.U.A, haverá o Cosmic Explorer:um observatório de 40 quilômetros que será capaz de detectar centenas de milhares de fusões de buracos negros a cada ano. Tão impressionante será o telescópio Einstein na Europa, com seus 10 quilômetros armados, configuração triangular construída no subsolo.

Os detectores futuros serão capazes de medir ondas gravitacionais em frequências mais baixas do que o corte de corrente ~ 10 Hz, 'porque é onde os sinais de colisões de buracos negros estão à espreita, "van Heijningen explica. Mas um dos principais problemas desses detectores enormes é que eles precisam ser extremamente estáveis ​​- a menor vibração pode dificultar as detecções.

"Basicamente, colocar o sistema perto de zero graus Kelvin (que é 270 graus abaixo de zero Celsius) reduz drasticamente o chamado ruído térmico, que é dominante em baixas frequências. Temperatura é uma vibração de átomos em certo sentido, e esta vibração minúscula causa ruído em nossos sensores e detectores, "diz van Heijningen.

Os detectores futuros precisarão resfriar até as temperaturas criogênicas, mas não é tarefa fácil. Assim que os cientistas conseguirem isso, explorar o ambiente criogênico irá melhorar o desempenho do sensor seguindo o design desta proposta. Em sua nova posição como cientista pesquisador na UCLouvain, na Bélgica, van Heijningen planeja fazer o protótipo deste sensor e testar seu desempenho para o telescópio Einstein.