Ett team av fysiker och astronomer från Northwestern University är redo att leda gravitationsvågastronomi in i dess nästa utveckling. W. M. Keck Foundation har tilldelat 1 miljon dollar, som kommer att användas för att utveckla en prototyp för en ny typ av gravitationsvågsdetektor som är tillräckligt liten för att passa på en bordsskiva och kraftfull nog att upptäcka kosmiska händelser som befintlig astronomisk utrustning inte kan.

"Detta är början på nästa fas av gravitationsvåg- och multibudbärarastronomi, " sa Andrew Geraci, huvudutredare för projektet. "Denna bordssensor kommer att kunna observera händelser som vi aldrig har sett förut, utöka vår förståelse av rymden och universum."

Geraci är docent i fysik och astronomi vid Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences och en fakultetsmedlem i Center for Fundamental Physics (CFP) och Center for Interdisciplinary Exploration and Research for Astrophysics (CIERA) i Northwestern.

Den leviterade sensordetektorn kommer att utöka spektrumet av detekterbara gravitationsvågor till högre frekvenser, möjligen öppna ett fönster till de typer av händelser som är relaterade till den mystiska mörka materien i universum. Det kommer att komplettera forskning som bedrivs vid Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) och Virgo observatorier, som upptar flera hektar mark i USA och Italien, genom att observera mindre kosmiska händelser som producerar vågor med en frekvens som LIGO och Jungfrun inte kan upptäcka.

"Om du tänker på gravitationsvågor som ljudvågor, frekvensen vi försöker fånga med svävande sensorer är ungefär som en hundvissling, sa Vicky Kalogera, projektmedarbetare och CIERA-direktör.

"Hundar är kapabla att höra ljudfrekvenser som det mänskliga örat inte kan uppfatta. På samma sätt, svävande sensorer kommer att fånga upp frekvenser som LIGO och Jungfrun inte kan upptäcka, sa Kalogera, som också är Daniel I. Linzer Distinguished University Professor of Physics and Astronomy och en av de främsta astrofysikerna inom LIGO Scientific Collaboration (LSC).

Forskare från nordväst kommer att spendera två år på att bygga och testa prototypen för den svävande sensorn, som kommer att bestå av två armar i en L-formation, var och en är cirka en meter lång. Den svävande sensorn kommer sedan att fungera under en ettårig observationskörning, vars resultat kommer att delas med de internationella gravitationsvåg- och astronomisamhällena.

Leviterade sensorer kommer att kunna detektera kosmiska händelser som producerar gravitationsvågor med en frekvens som är större än 10 kHz. Dessa händelser tros vara resultatet av små kosmiska händelser som involverar svarta hål som i massa liknar jordens sol, och ursprungliga svarta hål som producerades i universums tidigaste dagar. Astrofysiker teoretiserar men har hittills inte kunnat bevisa att dessa händelser är ansvariga för skapandet av mörk materia. Andra kandidater för mörk materia som axioner, hypotetiska partiklar som förutspås vara en komponent i kall mörk materia, kan också sökas efter med hjälp av enheten.

Utvecklingen av denna bordsdetektor sammanfaller med utvecklingen av en tredje typ av detektor på den motsatta änden av frekvensspektrumet. Europeiska rymdorganisationen planerar att skjuta upp LISA, en rymdbaserad gravitationsvågsdetektor som sträcker sig över tiotals miljoner miles, i början av 2030-talet.

"Precis som elektromagnetisk astronomi har teleskop och gammastrålningsdetektorer och mer, gravitationsvågsgemenskapen utvecklar nu de verktyg som behövs för att upptäcka händelser på alla delar av spektrumet, ", projektmedarbetare Shane Larson sade. "LISA kommer att upptäcka de stora händelserna; LIGO och Jungfrun tar upp mediumhändelserna; och LSD kommer att upptäcka de minsta kosmiska händelserna."