引力波是宇宙碰撞事件所引發的微小時空漣漪，例如合併的黑洞，這些波動極其微弱，幾乎無法被檢測到。要捕捉到這些信號需要使用 LIGO（激光干涉引力波天文台），這是一種目前最敏感的儀器之一。然而，提升檢測距離和捕捉微弱信號的能力並不簡單。為了提高激光的功率，LIGO 需要使用更強大的激光，但更強的激光會稍微彎曲鏡面，即使是小於質子的微小變形也可能阻礙信號的檢測。這一挑戰使得引力波的研究變得更加複雜，也突顯了對新技術的需求。
一組研究人員最近開發了一種名為 FROSTI 的新系統，旨在解決這一問題，使 LIGO 及未來的觀測站能夠更深入地探索宇宙。加利福尼亞大學河濱分校的物理學家喬納森·理查德森（Jonathan Richardson）指出：「問題在於，增加激光功率往往會破壞我們用來提高信號清晰度的微妙量子狀態。我們的新技術通過確保光學元件保持無失真狀態，解決了這一矛盾，即使在兆瓦功率水平下也能運行。」
FROSTI 的工作原理相當巧妙。LIGO 的鏡面寬度為 34 cm，厚度為 20 cm，重達 40 kg。當兆瓦級的激光束通過這些鏡面時，約是當前 LIGO 使用功率的五倍，這會導致鏡面不均勻加熱，形成微小的凸起和凹陷，從而減少靈敏度。FROSTI（前表面型輻射器）通過在鏡面表面投射控制的熱模式來修正這些變形，使用一圈加熱元件，這樣就能夠小心地重塑鏡面，平滑出變形的同時，保持額外噪音極低。
儘管名稱中有「冰」的字眼，FROSTI 實際上是通過精確加熱鏡面的表面來運作，以恢復其原始的光學形狀。該系統在 LIGO 的超高真空環境中運行，並不會污染鏡面。測試顯示，原型能夠應對非常高的激光功率，修正複雜的變形，並能容忍激光束的輕微不對齊。研究小組補充道：「通過熱輻射，它創建了一種定制的熱模式，能夠平滑變形，而不會引入可能模擬引力波的多餘噪音。」
目前，FROSTI 在 40 kg 的鏡面上運行，但這一技術可以擴展到為未來的探測器如 Cosmic Explorer 計劃的 440 kg 重的鏡面。這一系統的推出將使引力波觀測站能夠檢測到更微弱和更遙遠的事件，將可觀測的宇宙體積大約增加十倍。這將使天文學家能夠捕捉到數以百萬計的黑洞和中子星合併事件，以及目前尚未檢測到的各種神秘宇宙事件，從而極大地增強對宇宙中極端現象的理解。
研究小組強調，當前的原型僅僅是個開始，已經在設計能夠修正更複雜光學變形的新版本。這一研究和開發的基礎將為未來 20 年的引力波天文學奠定基礎。該研究已發表在學術期刊 Optica 上，為引力波的研究開啟了新的篇章。
