Mejorar el alcance cosmológico de un observatorio de ondas gravitacionales utilizando Deep Loop Shaping

Área de la Ciencia:

• Astronomía de las ondas gravitacionales
• La astrofísica
• Aprendizaje automático en la instrumentación científica

Sus antecedentes:

• La sensibilidad de baja frecuencia mejorada en los observatorios de ondas gravitacionales es crucial para estudiar las fusiones de agujeros negros de masa intermedia, la excentricidad de agujeros negros binarios y permitir advertencias tempranas para observaciones de múltiples mensajeros de fusiones de estrellas de neutrones binarias.
• Los sistemas actuales de control de estabilización de espejos en observatorios como LIGO introducen ruido perjudicial, lo que dificulta mejoras significativas en la sensibilidad del detector.

Objetivo del estudio:

• Eliminar el ruido inyectado por los sistemas de control de estabilización de espejos, un obstáculo importante para mejorar la sensibilidad del observatorio de ondas gravitacionales.
• Demostrar un nuevo enfoque de aprendizaje por refuerzo para mejorar el rendimiento del detector de ondas gravitacionales.

Principales métodos:

• Implementación de Deep Loop Shaping, una técnica de aprendizaje por refuerzo que utiliza recompensas de dominio de frecuencia.
• Validación de la metodología Deep Loop Shaping en el Observatorio LIGO de Livingston (LLO).

Principales resultados:

• El controlador desarrollado redujo significativamente el ruido de control en la banda de 10 a 30 hertz en más de 30 veces.
• La reducción del ruido de subbanda alcanzó hasta 100 veces, superando el objetivo de mejora de la sensibilidad motivado por el límite cuántico.
• Eliminación exitosa del ruido en un observatorio de ondas gravitacionales del mundo real.

Conclusiones:

• Deep Loop Shaping ofrece una poderosa solución para mitigar el ruido en los observatorios de ondas gravitacionales.
• Esta estrategia de control impulsada por la IA tiene el potencial de mejorar los sistemas actuales y futuros de detección de ondas gravitacionales.
• La amplia aplicabilidad de la metodología se extiende a la mejora de varios sistemas de instrumentación y control más allá de la astronomía de ondas gravitacionales.