Um detector inovador que visa usar quartzo para capturar ondas gravitacionais de alta frequência foi construído por pesquisadores do Centro de Excelência para Física de Partículas de Matéria Escura (CDM) da ARC e da Universidade da Austrália Ocidental.

Em seus primeiros 153 dias de operação, dois eventos foram detectados que poderiam, em princípio, ser ondas gravitacionais de alta frequência, que não foram registrados por cientistas antes.

Essas ondas gravitacionais de alta frequência podem ter sido criadas por um buraco negro primordial ou uma nuvem de partículas de matéria escura.

Os resultados foram publicados este mês em Cartas de revisão física em um artigo intitulado "Eventos raros detectados com uma antena de onda gravitacional de alta freqüência de onda acústica".

As ondas gravitacionais foram originalmente previstas por Albert Einstein, que teorizou que o movimento de objetos astronômicos poderia causar ondas de curvatura do espaço-tempo a serem enviadas ondulando através do universo, quase como as ondas causadas por pedras jogadas em um lago plano. Essa previsão foi comprovada em 2015 pela primeira detecção de um sinal de onda gravitacional.

Os cientistas acreditam que as ondas gravitacionais de baixa frequência são causadas por dois buracos negros girando e se fundindo ou por uma estrela desaparecendo em um buraco negro.

Desde então, uma nova era de pesquisa de ondas gravitacionais começou, mas a geração atual de detectores ativos apresenta forte sensibilidade apenas a sinais de baixa frequência; a detecção de ondas gravitacionais de alta frequência permaneceu uma frente inexplorada e extremamente desafiadora na astronomia. Apesar da maior atenção dedicada às ondas gravitacionais de baixa frequência, há um número significativo de propostas teóricas para fontes de GW de alta frequência também, por exemplo, buracos negros primordiais.

O novo detector projetado pela equipe de pesquisa do CDM para captar ondas gravitacionais de alta frequência é construído em torno de um ressonador de onda acústica de cristal de quartzo (BAW). No coração deste dispositivo está um disco de cristal de quartzo que pode vibrar em altas frequências devido às ondas acústicas que viajam através de sua espessura. Essas ondas, então, induzem carga elétrica em todo o dispositivo, que pode ser detectado colocando placas condutoras nas superfícies externas do disco de quartzo.

O dispositivo BAW foi conectado a um dispositivo de interferência quântica supercondutor, conhecido como SQUID, que atua como um amplificador extremamente sensível para o sinal de baixa tensão do BAW de quartzo. Este conjunto foi colocado em vários escudos de radiação para protegê-lo de campos eletromagnéticos dispersos e resfriado a uma temperatura baixa para permitir que vibrações acústicas de baixa energia do cristal de quartzo sejam detectadas como grandes tensões com a ajuda do amplificador SQUID.

O time, que incluiu o Dr. Maxim Goryachev, Professor Michael Tobar, William Campbell, Ik Siong Heng, Serge Galliou e o professor Eugene Ivanov agora trabalharão para determinar a natureza do sinal, potencialmente confirmando a detecção de ondas gravitacionais de alta freqüência.

O Sr. Campbell disse que uma onda gravitacional é apenas um candidato possível que foi detectado, mas outras explicações para o resultado podem ser a presença de partículas de carga ou aumento de tensão mecânica, um evento de meteoro ou um processo atômico interno. Também pode ser devido a candidatos de matéria escura de massa muito alta interagindo com o detector.

"É empolgante que este evento tenha mostrado que o novo detector é sensível e nos dá resultados, mas agora temos que determinar exatamente o que esses resultados significam, "Sr. Campbell disse.

“Com este trabalho, demonstramos pela primeira vez que esses dispositivos podem ser usados ​​como detectores de ondas gravitacionais de alta sensibilidade. Este experimento é um dos dois únicos atualmente ativos no mundo em busca de ondas gravitacionais de alta frequência nessas frequências e temos planos de estender nosso alcance para frequências ainda mais altas, onde nenhum outro experimento olhou antes. O desenvolvimento desta tecnologia pode fornecer potencialmente a primeira detecção de ondas gravitacionais nessas altas frequências, dando-nos uma nova visão nesta área da astronomia das ondas gravitacionais.

"A próxima geração do experimento envolverá a construção de um clone do detector e um detector de múon sensível a partículas cósmicas. Se dois detectores encontrarem a presença de ondas gravitacionais, isso vai ser muito emocionante, " ele disse.