Efecto de marea en la interferometría

La interferometría se basa en el cambio de fase de dos haces de luz ortogonales reflejados hacia el punto de origen. Suponga que hay un interferómetro en el ecuador, un espejo se coloca 1 milla al norte y otro espejo se coloca 1 milla al este. Cada 6 horas el eje del espejo-interferómetro este experimenta un efecto de marea y su longitud debería aumentar. Michaelson y Morley no habrían detectado esto porque sus espejos estaban plantados en la misma pieza de granito que no podía expandirse ni contraerse. Pero los espejos del interferómetro LIGO deberían detectar esto. ¿Ellos?

¿Está preguntando si los interferómetros LIGO detectan cambios en el campo de mareas de la Tierra? ¿Y por "un efecto de marea" te refieres a CUALQUIER cambio en el campo gravitatorio de la Tierra?

Respuestas (1)

En los interferómetros LIGO existen diversas fuentes de ruido. Como dice el refrán, "la fuente de ruido de una persona es la señal de otra persona". Así que hay geofísicos que estudian las ondas sísmicas y atmosféricas y hay campos completos de estudio sobre estas cosas que son muy interesantes y ricos. Los detectores de ondas gravitacionales tratan esas señales como un tipo de ruido, ya que están interesados ​​en extraer una señal de ondas gravitacionales que se origina extraterrestremente.

Dicho esto, existen numerosas fuentes de ruido entre las vibraciones que detecta LIGO. De hecho, la única razón por la que LIGO ha detectado ondas gravitacionales se debe a los inmensos esfuerzos de ingeniería/análisis realizados durante los últimos 50 años. Aquí hay una guía completa sobre la cancelación de ruido LIGO y la extracción de señales.

Ahora, para responder a su pregunta: los interferómetros LIGO son ciertamente sensibles a las ondas sísmicas de todo tipo , la siguiente imagen de las curvas teóricas de ruido en el detector LIGO muestra muchas fuentes de ruido y puede ver claramente la pared sísmica (curva marrón) en ∼ 10 Hz (¡y la ventaja de los observatorios espaciales es que no tienen este muro de ruido!). LIGO también es sensible a los cambios en el campo de mareas de la Tierra debido a la propagación de las propias ondas sísmicas, esto se denomina " Ruido Newtoniano " o "gradientes de gravedad", que es la curva verde en la figura. Todas estas fuentes de ruido se tienen en cuenta en el análisis de datos, y el objetivo futuro de la ingeniería es tener sistemas de retroalimentación en tiempo real para que los ruidos sísmicos y newtonianos puedan cancelarse de los datos en tiempo real.Curvas teóricas de ruido

[ Crédito de la imagen]

Un espectro de ruido experimental para el detector LIGO se parece más a esto: ingrese la descripción de la imagen aquí. [ Crédito de la imagen]

Por último, el experimento de Michelson-Morley era demasiado pequeño para poder ser sensible a los gradientes de gravedad. Los brazos detectores LIGO son ∼ 4 km de largo, mientras que el aparato de Michelson-Morley fue ∼ 10 metro. Sin embargo, los experimentos modernos del tipo Michelson-Morley han llevado la sensibilidad a niveles comparables a LIGO, por ejemplo, aquí y aquí , debido a los avances en la óptica cuántica y otras cosas.

Gracias por mostrarme la complejidad en la que se metió mi pregunta. Me di cuenta de que interpretó mi pregunta como pregunta sobre el ruido. Ciertamente, las vibraciones en los espejos causarían ruido de tensión. Y la escala se mide en hercios. Pero estoy pensando en los metros que la tierra se alarga debido a la gravedad del sol y la luna. El eje ecuatorial del interferómetro debería estirarse mucho más que el eje que apunta al norte. Tampoco estoy preguntando sobre los cambios en la gravedad de la tierra. Simplemente pregunto sobre el cambio de distancia de los espejos que ocurre cada 6 horas.
Oh. BUENO, ¿qué te hace pensar que el efecto de la gravedad de la luna sobre la Tierra es del orden de "metros"? Es minúsculo, mucho más pequeño que las curvas que se muestran arriba, ya que el sistema Tierra-Luna es aproximadamente 20 millones de veces menos masivo que un agujero negro binario. La gravedad de la luna es lo suficientemente fuerte como para afectar las mareas. El abultamiento de la Tierra en su ecuador se debe a la rotación de la Tierra, no a la gravedad.
Más importante aún, la frecuencia del sistema Tierra-Luna es demasiado baja para que LIGO la detecte, es decir, está por debajo de la pared sísmica que mencioné anteriormente. "El período orbital de la Luna es de 27 días; el período de las ondas gravitatorias generadas por su movimiento orbital alrededor de la Tierra es de 13,5 días. LIGO solo es sensible a las ondas gravitacionales con períodos entre aproximadamente 0,02 segundos y 0,001 segundos. Las ondas gravitacionales de la Tierra -El sistema lunar estaría fuera del rango de períodos que LIGO puede detectar". astronomy.com/magazine/ask-astro/2016/06/gravitational-waves
no es solo tierra-luna, es tierra sol. las mareas en nuestro planeta se deben a los efectos de las mareas tierra sol luna. incluso milímetros de estiramiento agregan un millón de veces de variación a la distancia del espejo y la fuente del interferómetro LIGO que puede resolver. Esperaba que alguien que realmente trabajara en LIGO abordara cómo se normaliza esta variación. Ciertamente, si una medición ocurre en el orden de los microsegundos, entonces una calibración seguida de una medición podría eliminar la mayor parte.
cualquiera que sea la causa de la protuberancia, incluso si es por los duendes de santa en el núcleo, la geometría cambiante de la tierra es lo que estoy preguntando: cómo esa deformación elipsoidal desigual pero que cambia lentamente de la corteza (y por lo tanto distancias de los espejos a la fuente) se normaliza (elimina) de la medición. La mayoría de las referencias que enumeraste las encontré, pero son variaciones de alta frecuencia.
Estoy preguntando cómo se normaliza (elimina) a partir de la medición esa deformación elipsoide de la corteza que cambia de manera desigual pero lenta (y, por lo tanto, las distancias de los espejos a la fuente). Sí, este es el gradiente de gravedad (ruido newtoniano).
gracias por su persistente intento de entender mi ingenua pregunta. Después de leer algunos artículos, como iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/363/1/012004/pdf , noté que todos se refieren a la supresión de ruido a >2 hz. Sí, sé que esto es vibración y estoy preguntando sobre cambios que son glaciales en comparación. Sin embargo, marqué tu respuesta como correcta porque eres el único que intentó responder.
¡Mi placer! Sí, sé que esto es vibración y estoy preguntando sobre cambios que son glaciales en comparación. ¿Qué quieres decir realmente con esto? Porque hay perturbaciones sísmicas que causan grandes vibraciones en los espejos LIGO, pero se tienen en cuenta en el análisis de datos (es decir, consulte el documento de extracción de ruido LIGO vinculado en mi respuesta). Los diagramas de ruido/sensibilidad como los que muestro generalmente se reducen a sensibilidades muy pequeñas, es decir, la tensión h ∼ 10 − 20 , ya que ahí es donde se esperan las ondas g. Pero ciertamente hay vibraciones más fuertes, las curvas en los gráficos son realmente límites inferiores.
El ruido del que hablo tiene una frecuencia de 1 ciclo cada 12 horas.
Esa es una vibración de muy baja frecuencia que está muy a la izquierda de las gráficas anteriores, en el extremo inferior de la banda LISA en realidad commons.wikimedia.org/wiki/File:LISA_and_eLISA_noise_curves.png
pero mi punto es que altera la distancia del espejo 1 a la fuente de manera diferente a la distancia del espejo 2 a la fuente. Si las distancias cambian, entonces no se puede saber si se debió a una onda de gravedad o simplemente a la flexión de la corteza terrestre bajo las fuerzas de las mareas.
Lo siento, pero eso es demasiado simplificado para ser sustantivo. El punto central de un detector de ondas g es que los espejos se ven afectados por diferentes cantidades que se correlacionan para buscar ondas g. Una onda g que pasa a través del detector LIGO estirará o encogerá los espejos dependiendo de la incidencia de la onda, pero esto se maneja en el análisis de datos. Realmente debería consultar el documento de extracción de ruido LIGO
Y como dije antes, los detectores LIGO son insensibles a la muy baja frecuencia de la vibración a la que te refieres....
Efecto de marea en la interferometría
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