FROSTI revoluciona el control de espejos en los detectores de ondas gravitacionales, abriendo la puerta a una visión mucho más profunda del cosmos
Crédito: Shutterstock
sciencedaily.com/4 de diciembre de 2025
Universidad de California - Riverside
Resumen: FROSTI es un nuevo sistema de óptica adaptativa que corrige con precisión las distorsiones en los espejos de LIGO causadas por la potencia láser extrema. Mediante el uso de patrones térmicos personalizados, conserva la forma del espejo sin introducir ruido, lo que permite que los detectores operen con mayor sensibilidad. Este avance permite a futuros observatorios como Cosmic Explorer observar con mayor profundidad el cosmos. Esta tecnología sienta las bases para una astronomía de ondas gravitacionales en expansión.Compartir:
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Un sistema de frente de onda térmico de alta precisión llamado FROSTI permite a LIGO y a futuros detectores operar con una potencia láser de megavatios sin degradar la calidad de la señal. Este avance ampliará considerablemente nuestra capacidad para detectar fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones en todo el universo.
Los detectores de ondas gravitacionales podrían pronto mejorar considerablemente su rendimiento gracias a un nuevo avance en instrumentación liderado por el físico Jonathan Richardson, de la Universidad de California en Riverside. En un artículo publicado en la revista Optica , Richardson y sus colegas describen FROSTI, un prototipo a escala real que controla con éxito frentes de onda láser a una potencia extremadamente alta dentro del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO).
LIGO es un observatorio que mide ondas gravitacionales: diminutas ondulaciones en el espacio-tiempo creadas por objetos masivos en aceleración, como agujeros negros en colisión. Fue la primera instalación en detectar directamente estas ondas, lo que respalda considerablemente la teoría de la relatividad de Einstein. Mediante dos interferómetros láser de 4 km de longitud ubicados en Washington y Luisiana, LIGO detecta perturbaciones increíblemente pequeñas, lo que ofrece a los científicos una nueva forma de estudiar los agujeros negros, la cosmología y la materia en condiciones extremas.
LIGO utiliza espejos que se encuentran entre los componentes más cuidadosamente diseñados de la ciencia moderna. Cada espejo mide 34 cm de diámetro, 20 cm de grosor y pesa unos 40 kg. Para detectar distorsiones en el espacio-tiempo menores a una milésima del diámetro de un protón, estos espejos deben mantenerse prácticamente inmóviles. Incluso vibraciones diminutas o ruido ambiental pueden ahogar las débiles señales de ondas gravitacionales que LIGO intenta detectar.
"En el corazón de nuestra innovación se encuentra un novedoso dispositivo de óptica adaptativa, diseñado para remodelar con precisión las superficies de los espejos principales de LIGO bajo potencias láser superiores a 1 megavatio, más de mil millones de veces más potentes que un puntero láser típico y casi cinco veces la potencia que LIGO utiliza actualmente", afirmó Richardson, profesor adjunto de física y astronomía. "Esta tecnología abre un nuevo camino para el futuro de la astronomía de ondas gravitacionales. Es un paso crucial para la próxima generación de detectores como Cosmic Explorer, que permitirán una visión más profunda del universo que nunca".
FROSTI: control térmico de precisión para espejos LIGO
FROSTI, abreviatura de Irradiador de Superficie FROnt, es un sistema de control de frente de onda de precisión diseñado para anular las distorsiones producidas cuando la luz láser intensa calienta la óptica de LIGO. Los sistemas actuales solo pueden realizar correcciones relativamente gruesas, pero FROSTI utiliza un método de proyección térmica más avanzado para aplicar ajustes precisos de mayor orden a las superficies de los espejos. Este nivel de control es esencial para los requisitos de rendimiento más exigentes de los futuros detectores.
A pesar de su nombre gélido, FROSTI funciona calentando la superficie del espejo de forma muy controlada, devolviéndole su forma óptica ideal. Mediante radiación térmica, el sistema proyecta un patrón de calor cuidadosamente diseñado sobre el espejo. Esto suaviza las distorsiones ópticas y evita el ruido adicional que podría confundirse con señales de ondas gravitacionales reales.
Por qué una mejor óptica es importante para la astronomía de ondas gravitacionales
Las ondas gravitacionales fueron detectadas por primera vez por LIGO en 2015, lo que marcó el inicio de una nueva era en la astronomía. Sin embargo, para aprovechar al máximo esta nueva forma de observar el universo, los futuros detectores necesitan detectar eventos más distantes y medirlos con mayor claridad.
"Eso significa superar los límites tanto de la potencia del láser como de la precisión cuántica", dijo Richardson. "El problema es que aumentar la potencia del láser tiende a destruir los delicados estados cuánticos de los que dependemos para mejorar la claridad de la señal. Nuestra nueva tecnología resuelve esta tensión al garantizar que la óptica permanezca sin distorsión, incluso a niveles de potencia de megavatios".
Con este enfoque, se espera que la nueva tecnología amplíe el universo observable de ondas gravitacionales en un factor de 10. Ese aumento en el alcance podría permitir a los astrónomos detectar millones de fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones a lo largo de la historia cósmica y estudiarlas con un detalle sin precedentes.
Mirando hacia el futuro: LIGO A# y Cosmic Explorer
Se espera que FROSTI sea un componente clave de LIGO A#, una actualización planificada que servirá como banco de pruebas para el observatorio de próxima generación, conocido como Cosmic Explorer. El prototipo actual se ha demostrado en un espejo LIGO de 40 kg, pero los mismos principios pueden ampliarse y adaptarse a los espejos mucho más grandes de 440 kg propuestos para Cosmic Explorer.
"El prototipo actual es solo el comienzo", dijo Richardson. "Ya estamos diseñando nuevas versiones capaces de corregir distorsiones ópticas aún más complejas. Esta es la base de I+D para los próximos 20 años de la astronomía de ondas gravitacionales".
Richardson realizó la investigación en colaboración con científicos de la UCR, el MIT y Caltech.
El trabajo fue apoyado por una subvención a Richardson de la Fundación Nacional de Ciencias.
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Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por la Universidad de California - Riverside . Nota: El contenido puede ser editado por motivos de estilo y extensión.
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Referencia de la revista:
Tyler Rosauer, Huy Tuong Cao, Mohak Bhattacharya, Peter Carney, Luke Johnson, Shane Levin, Cynthia Liang, Xuesi Ma, Luis Martín Gutiérrez, Michael Padilla, Liu Tao, Aiden Wilkin, Aidan Brooks, Jonathan W. Richardson. Demostración de un actuador de frente de onda de nueva generación para la detección de ondas gravitacionales . Optica , 2025; 12 (10): 1569 DOI: 10.1364/OPTICA.567608
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Citar esta página:
Universidad de California - Riverside. «Un sorprendente avance en óptica podría transformar nuestra visión del universo». ScienceDaily. ScienceDaily, 4 de diciembre de 2025. < www.sciencedaily.com/releases/2025/12/251203004736.htm > .
