Команда из UC Riverside предложила простой способ поднять чувствительность LIGO: смотреть на зеркала не только лазером, но и тепловизором. Идея звучит бытово, но проблема у детектора очень инженерная.
LIGO ловит гравитационные волны по крошечным изменениям длины двух 4-километровых плеч. Внутри интерферометра циркулирует лазерный свет с мощностью, близкой к мегаватту. Даже сверхчистые зеркала поглощают небольшую долю этого света, нагреваются и меняют форму на несколько нанометров. Для обычной оптики это почти ничто, но для LIGO такая деформация портит профиль луча и съедает чувствительность.
Компенсировать нагрев уже умеют: на зеркало можно подать управляемое встречное тепло. Слабое место было в другом. Нужно точно знать, как именно распределена температурная деформация по поверхности, иначе коррекция получается грубой.
Новый метод использует инфракрасную камеру, установленную снаружи интерферометра. Она снимает карту температуры поверхности зеркала. Затем эти данные объединяют с существующими измерениями и тепловой моделью стекла, чтобы восстановить полную картину искажений. По сути, это диагностика зеркала по тепловому отпечатку, без установки нового сложного датчика внутрь вакуумной системы.
Авторы отмечают, что подход появился во время испытаний системы адаптивной оптики для LIGO. Неожиданно оказалось, что сам тепловой снимок вместе с моделью уже дает достаточно информации о деформации. Поэтому модернизация выглядит редким случаем, когда для очень дорогого научного прибора подходит коммерчески доступная камера.
Оценка для апгрейда LIGO A+ заметная: до 31% прироста strain sensitivity. Для слияний нейтронных звезд это может означать обнаружение событий примерно на 33 миллиона световых лет дальше в среднем. Поскольку объем доступного пространства растет как куб расстояния, такой прирост может дать гораздо больше пойманных сигналов.
Технический смысл здесь не в красивой картинке тепловизора. Если метод выдержит внедрение на рабочем детекторе, LIGO сможет лучше держать форму оптики при высокой мощности лазера. А значит, чаще видеть слабые гравитационные волны от черных дыр и нейтронных звезд.
