Profesor Tomasz Bulik

z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego został laureatem

programu TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w konkursie 3/2016.

Na realizację projektu zatytułowanego

Advanced algorithms for detection and modeling of newtonian noise for interferometric gravitational wave detectors

uzyskał dofinansowanie w wysokości niemal 3,5 mln złotych.

W zeszłym roku obchodziliśmy stulecie Ogólnej Teorii Względności. Rocznica ta została uświetniona wspaniałym prezentem dla całego środowiska naukowego – bezpośrednią detekcją fal grawitacyjnych. Obserwatoria LIGO wykryły koalescencję dwóch czarnych dziur. Odkrycie to otworzyło nową dziedzinę nauki – astronomię fal grawitacyjnych, w ramach której spodziewamy się kolejnych odkryć – koalescencji układów z gwiazdami neutronowymi, sygnałów z pulsarów, czy też tła fal grawitacyjnych. Rozwój tej dziedziny związany będzie ze zwiększaniem czułości detektorów. W zakresie wysokich częstotliwości zwiększenie czułości potrzebne jest dla obserwacji łączenia się gwiazd neutronowych i szczegółów tych zjawisk związanych z własnościami materii o gęstości takiej jak w jądrach atomowych, z której zbudowane są te gwiazdy. W zakresie niskich częstotliwości będziemy mogli obserwować czarne dziury o coraz większych masach. Ponadto obserwacja w zakresie niskich częstotliwości pozwolą na wykrycie układów na długo – nawet minuty – przed ich połączeniem. Takie wczesne wykrycie umożliwi lokalizację na niebie i wcześniejszy alert dla obserwatoriów prowadzących badania w dziedzinie fal elektromagnetycznych – za pomocą tradycyjnych teleskopów.

Zwiększenie czułości detektorów związane jest z identyfikacją i kompensacją lub likwidacją kolejnych źródeł szumu w detektorach. W zakresie niskich częstotliwości największe wyzwania stanowi tak zwany szum newtonowski. Jest on związany z fluktuacjami lokalnego kierunku grawitacji wywołanego przez makroskopowe ruchy mas w okolicy detektora oraz przez fale sejsmiczne. Od takiego szumu nie możemy się odgrodzić, gdyż nie mamy ekranów grawitacyjnych, o jakich pisał w swoich powieściach science fiction H.G. Wells. Jedyny sposób to pomiar fal sejsmicznych, identyfikacja fluktuacji i pośredni pomiar fluktuacji lokalnej grawitacji a następnie odjęcie tego szumu od prawdziwego sygnału.

W projekcie zajmiemy się rozwojem algorytmów, które będą służyły badaniu drgań sejsmicznych w bliskim otoczeniu detektora. W tym celu zbadamy drgania sejsmiczne na terenie detektora VIRGO za pomocą precyzyjnych akcelerometrów. Dzięki tym danym będziemy mogli stworzyć, testować a następnie wykorzystać algorytmy do identyfikacji szumu newtonowskiego, po to aby go móc wziąć pod uwagę przy analizie danych. Pozwoli to na zwiększenie czułości detektorów. Planujemy też określić optymalne rozmieszczenie czujników wokół detektora. Kompensacja szumu newtonowskiego umożliwi badanie znacznie bardziej masywnych czarnych dziur, a także przewidywanie zderzeń układów podwójnych obiektów zwartych na długo przed ich połączeniem.