未来引力波观测站测试质量的气体冷却
仪器与探测器
2021-09-01 v3 高能天体物理现象
天体物理仪器与方法
摘要
Advanced LIGO 与 Advanced Virgo 近期的观测开启了引力波天文学的时代。这些“第二代”（2G）地面观测站探测到的事件数量，部分受限于由用于探测时空动力学的测试质量镜面温度引起的位置涨落噪声。下一代引力波观测站的设计通过使用低温冷却的测试质量来解决这一限制；当前用于持续移除热量（源于吸收的激光光）的方法依赖于通过黑体辐射或悬丝热传导进行热量提取。作为观测运行期间取热的一种补充方法，我们研究了通过撞击处于自由分子流中测试质量的氦气进行冷却。基于解析模型，我们建立了冷却功率与相应位移噪声之间的关系，并与数值模拟进行比较。将该理论框架应用于爱因斯坦望远镜（ET）的概念设计，我们发现：在 18 K 下 10 mW 的冷却功率对应的气体压强，在 3 至 11 Hz 的信号频带内至多超出 ET 设计应变噪声目标约 倍；18 K 下 100 mW 的冷却功率对应的气体压强，在 1 至 28 Hz 频带内至多超出 ET 设计应变噪声目标约 倍。
引用
@article{arxiv.2101.09164,
title = {Gas cooling of test masses for future gravitational-wave observatories},
author = {Christoph Reinhardt and Alexander Franke and Jörn Schaffran and Roman Schnabel and Axel Lindner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.09164},
year = {2021}
}