Высокочастотные реликтовые гравитационные волны

Основной мотивацией для изучения высокочастотных гравитационных волн является отсутствие известных компактных и достаточно плотных астрофизических объектов, способных испускать гравитационные волны с частотами выше Гц. Таким образом, любое открытие гравитационных волн на более высоких частотах будет соответствовать либо экзотическим астрофизическим объектам (первичные черные дыры, космические струны или бозонные звезды), либо процессам, происходящим в ранней вселенной на инфляционной стадии ее эволюции [1].

Необходимо отметить, что оценки максимальной плотности энергии стохастического гравитационно-волнового фона от экзотических астрофизических объектов [1] существенно ниже чем оценки плотности энергии реликтовых гравитационных волн , которая ограничена по влиянию реликтовых гравитационных волн на темп первичного нуклеосинтеза [2].

Отметим, что плотность энергии гравитационных волн характеризуется безразмерным параметром , который связан с амплитудой гравитационных волн  и их частотой известным соотношением [2]: где — нормированный параметр Хаббла в современную эпоху эволюции вселенной.   

Исходя из современных наблюдательных ограничений на вклад реликтовых гравитационных волн в анизотропию и поляризацию реликтового излучения [3], ограничений на плотность энергии ГВ по их влиянию на темп первичного нуклеосинтеза и ограничений эксперимента LIGO как наиболее чувствительного детектора гравитационных волн с частотой Гц [4], для широкого класса моделей космологической инфляции, подразумевающих дополнительную стадию преобладания «жесткой» энергии, максимальная плотность энергии гравитационных волн находится в диапазоне частот Гц  Гц [5], причем частота , соответствующая максимальной плотности энергии гравитационных волн, зависит от значения параметра состояния после завершения инфляционной стадии.     

В [6] рассмотрен метод детектирования высокочастотных гравитационных волн на основе гравитационно-оптического резонанса в интерферометрах Фабри — Перо, условием возникновения которого является выполнение следующего соотношения между длинной резонатора и частотой гравитационной волныгде — скорость света в вакууме.  

Рассматривая ограничения на чувствительность такого детектора, связанные с дробовым фотонным шумом и радиационным давлением, можно определить оптимальный для детектирования данным способом диапазон частот гравитационных волн c плотностью энергии как МГц, а соответствующую ему минимальную длину резонатора М.

Таким образом, существует потенциальная возможность детектирования высокочастотных реликтовых гравитационных волн, предсказываемых в космологических моделях с дополнительной стадией преобладания «жесткой энергии», посредством рассмотренного метода гравитационно-оптического резонанса. Однако необходимо отметить два существенных ограничения, именно: попадание только части диапазона частот реликтовых гравитационных волн с максимальной плотностью энергии в диапазон частот МГц, ограниченный чувствительностью детектора, и необходимость точного соблюдения условия гравитационно-оптического резонанса.