Зависимость детектируемого сигнала от кинематических параметров спутника в космической системе S-LIGO-E2R

В эксперименте детектирования гравитационных волн регистрируются изменения расстояний меньше чем ~10–21. Эта особенность определяет минимальный размер экспериментальных установок данного назначения и частотный диапазон детектирования. Для расширения частотного диапазона и увеличения чувствительности гравитационных детекторов интерференционного типа необходимо значительно увеличивать линейные размеры детектора до размеров, сопоставимых с размерами Земли и даже ее превышающих. Республика Беларусь имеет опыт разработки, запуска и эксплуатации спутников, использование которых позволяет существенно увеличить линейные размеры гравитационного космического детектора. Рассматриваются системы спутников в качестве космического детектора гравитационных волн S-LIGO-NxR-zy. Космический детектор гравитационных волн S-LIGO-NxR-zy представляет собой систему лазерных интерферометров, состоящих из x числа спутников с заданными орбитами z типа на орбите планеты N Солнечной системы. В связи со сложным движением спутников интерферометры в такой системе аналогичны интерферометрам с подвижными зеркалами. Целью данной работы является исследование влияния кинематических параметров спутников на детектируемый сигнал в космических детекторах гравитационных волн S-LIGO-E2R-z2. Конфигурация космического детектора определяет набор спутниковых орбит, направление и начальную фазу движения. Сигналы детектора зависят от мгновенного расстояния между спутниками и могут быть описаны в виде периодических функций. Получены уравнения, описывающие периодические изменения сигнала между спутниками в результате их относительного движения в зависимости от начальных условий запуска спутников. В работе рассмотрены общий случай для произвольных ориентированных орбит и два частных случая для коллинеарных и ортогональных круговых орбит для системы спутников в космических детекторах гравитационных волн S-LIGO-E2R-z2-o и S-LIGO-E2R-z2-p. Представлены графики зависимостей детектируемого сигнала от кинематических параметров спутников детекторов S-LIGO-E2R-z2-o и S-LIGO-E2R-z2-p. Показано, что детектируемые сигналы содержат участки нулевой интенсивности, а длительность и периодичность участков нулевой интенсивности связаны с кинематическими параметрами спутников.

1. Abbot B.P., Abbot R., Abbot T.D. Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger Phys. Rev. Let. 2016;116 (iss. 6):061102. DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.061102.

2. Weiss R. Electromagnetically coupled broadband gravitational antenna Quarterly Report of the Research Laboratory for Electronics. 1972;105:54-76.

3. Poincare H. Sur la dynamique de l'électron. Rend. Circ. Mat. Palermo. 1906;21(ser. 1):129-176.

4. Weber J. Gravitational-wave-detector events. Physical Review Letters. 1968;20(iss. 23):1307-1308.

5. Gertsenshtein M.E., Pustovoit V.I. On the detection of low frequency gravitational waves. JETP. 1962;43(2):605-607.

6. Aasi J., Abbot B.P. The LIGO Scientific Collaboration. Advanced LIGO. Class. Quantum Grav. 2015;32:074001. DOI: 10.1088/0264-9381/32/7/074001.

7. Somiya K. Detector configuration of KAGRA – the Japanese cryogenic gravitational-wave detector. Class. Quantum Grav. 2012;29:124007.

8. Unnikrishnan C.S. IndIGO and LIGO-India: scope and plans for gravitational wave research and precision metrology in India. Int J Mod Phys D. 2013;22:1341010.

9. Hild S., Abernathy M., Acernese F. Sensitivity studies for third-generation gravitational wave observatories. Class. Quantum Grav. 2011;28(9). DOI: 10.1088/0264-9381/28/9/094013.

10. Reitze D.R. Adhikari X., Ballmer S. Cosmic Explorer: The U.S. Contribution to Gravitational-Wave Astronomy beyond LIGO. Bulletin of the American Astronomical Society. 2019;51(iss. 7, id. 35).

11. Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory. Instrument Science White Paper : LIGO-T1600119–v4: adopted 27.10.16. Cambridge: Technical Note: LIGO Scientific Collaboration, 2016: 116 p.

12. Kawamura S., Ando M., Nakamura T. The Japanese space gravitational wave antenna – DECIGO. J. Phys.: Conf. Ser. 2008;122. DOI: 10.1088/1742-6596/122/1/012006.

13. Yagi K., Seto N. Detector configuration of DECIGO/BBO and identification of cosmological neutron-star binaries. Phys. Rev. D. 2011;83:20 p. DOI: 10.1103/PhysRevD.83.044011.

14. Danzmann K. Laser Interferometer Space Antenna: A proposal in response to the ESA call for L3 mission concepts. Hannover: Albert Einstein Institute; 2017.

15. Jenrich O., Binetruy P., Colpi M. NGO, Revealing a hidden Universe: opening a new chapter of discovery (New Gravitational wave Observatory): Assessment Study Report. Paris: European Space Agency; 2011; 153 p. № ESA/SRE (2011) 19.

16. Harry G.M., Fritschel P., Shaddock D.A., Folkner W., Phinney E.S. Laser interferometry for the Big Bang Observer. Class. Quantum Grav. 2006;23:4887-4894. DOI: 10.1088/0264-9381/23/15/008.