Arreglar un problema técnico en un proyecto científico multimillonario suele significar gastar millones más. O inventar algo nuevo.
Esta vez no.
Los científicos que trabajan en los Observatorios de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) encontraron una solución a un dolor de cabeza persistente en ingeniería utilizando algo que se puede comprar en línea. Una cámara termográfica lista para usar.
Suena casi demasiado simple para una instalación diseñada para detectar ondas en el espacio-tiempo causadas por la colisión de agujeros negros. Pero eso es exactamente lo que ha hecho un equipo dirigido por Jonathan Richardson de la Universidad de California en Riverside.
Cómo la imagen térmica corrige las distorsiones del espejo en LIGO
LIGO escucha los eventos más violentos del universo. Cuando dos agujeros negros chocan, envían ondas de choque a través del espacio-tiempo. Estas ondas gravitacionales pasan a través de la Tierra, estirando y comprimiendo el espacio mismo en cantidades microscópicas.
Dentro de las instalaciones gemelas en forma de L de LIGO en Washington y Luisiana, los rayos láser viajan por túneles de 4 kilómetros. Rebotan en espejos tan perfectos que reflejan el 99,9997% de la luz que les llega. La pureza de estos espejos es asombrosa. Se encuentran entre los mejores componentes ópticos jamás fabricados.
Pero la perfección tiene un costo. Incluso los mejores espejos absorben una pequeña fracción de la energía del láser. Esa energía se convierte en calor.
El calor deforma la superficie del espejo unos pocos nanómetros. Es una distorsión microscópica, pero confunde el rayo láser. Esto limita hasta qué punto LIGO puede “ver”. O mejor dicho, hasta qué punto puede “oír”.
El equipo de Richardson emparejó cámaras térmicas comerciales con modelos de computadora. Crearon un mapa de las distorsiones del calor en los espejos. Piense en ello como diagnosticar el motor de un automóvil escaneando su temperatura. Ves los puntos calientes en el exterior. Infiere lo que está sucediendo dentro.
Con este mapa, los físicos pueden aplicar calor específico a la parte posterior del espejo. Esto contrarresta la deformación. El rayo láser permanece claro. La sensibilidad mejora.
“No requiere ningún desarrollo tecnológico nuevo. Lo cual es casi inaudito para resolver un problema de instrumento LIGO.”
Por qué esta actualización amplía el alcance de LIGO en 33 millones de años luz
¿Por qué es importante un mejor espejo?
El espacio es tridimensional. Cuando extiendes tu alcance en una dirección, tu volumen de observación crece exponencialmente.
La solución de Richardson aumenta el alcance efectivo de LIGO en aproximadamente 33 millones de años luz.
Ese número podría parecer pequeño al lado de la escala del cosmos. ¿Pero en términos de datos? Es enorme. Una ventana un poco más grande significa muchos más eventos detectables. Los astrónomos detectarán más fusiones de agujeros negros. Más colisiones de estrellas de neutrones. El universo se hace más ruidoso.
Esto no es sólo un parche para el equipo existente. Es un modelo para el futuro.
La técnica ya se está incorporando al diseño de Cosmic Explorer. Este observatorio de próxima generación apunta a mediados de 2030. Sus brazos se extenderán 40 kilómetros, diez veces más que los de LIGO.
Si la solución de LIGO agrega profundidad, Cosmic Explorer apunta a aumentar diez veces la sensibilidad en general. El principal enemigo no es sólo el calor. Es ruido cuántico. La confusión fundamental de la física que limita la precisión de las mediciones. Pero controlar las distorsiones térmicas es el primer paso.
¿Es mejor la tecnología comercial para instrumentos científicos sensibles?
Hay consuelo en lo mundano. Una cámara térmica estándar cuesta unos centavos en comparación con los presupuestos de I+D. Está disponible. Está comprobado.
La dependencia de LIGO de hardware disponible en el mercado cambia el guión del elitismo de la alta tecnología. A veces, la mejor herramienta no es la que se construye desde cero en un laboratorio. Es el que ya está en un estante.
La solución está lista. Será parte del próximo ciclo de actualización de LIGO. Luego entra en Cosmic Explorer.
Los espejos todavía están calientes. Los datos todavía están llegando. Pero ahora sabemos dónde buscar el calor. Y una vez que veas la distorsión, podrás arreglarla.
Lo que deja una pregunta. ¿Qué otros secretos cósmicos se esconden detrás del ruido térmico?
