Bydd synwyryddion tonnau disgyrchiant y genhedlaeth nesaf yn "talu ar eu canfed o safbwynt gwyddonol"

Mae synwyryddion tonnau disgyrchiant y genhedlaeth nesaf sy'n gallu datgelu prosesau o greu ein bydysawd nad oes modd eu canfod mewn unrhyw ffordd arall yn cael eu datblygu gan seryddwyr y DU.

Bydd ymchwilwyr o saith prifysgol yn y DU, gan gynnwys Prifysgol Caerdydd, yn datblygu dyluniadau ar gyfer haenau drych newydd, technegau dadansoddi data, a systemau ataliad ac ynysu seismig i’w defnyddio mewn dau brosiect rhyngwladol canfod tonnau disgyrchiant yn y dyfodol.

Mae prosiectau Cosmic Explorer (CE) yn yr Unol Daleithiau a phrosiect Einstein Telescope (ET) yn Ewrop yn cael eu datblygu ar hyn o bryd ac mae disgwyl iddyn nhw gael eu cwblhau a bod ar-lein erbyn 2040.

Sicrhaodd consortiwm prifysgolion y DU gwerth £7 miliwn o gyllid i gefnogi’r gwaith gan Gronfa Seilwaith Ymchwil ac Arloesedd y DU (UKRI). Mae’r gronfa’n helpu i greu blaenoriaethau buddsoddi mewn seilwaith hirdymor ac yn cefnogi’r cyfleusterau, y cyfarpar a’r adnoddau sy’n hanfodol i ymchwilwyr ac arloeswyr wneud gwaith sy’n torri tir newydd.

Dywedodd yr Athro Stephen Fairhurst, arweinydd Prifysgol Caerdydd a chyfarwyddwr y Sefydliad Archwilio Disgyrchiant yn yr Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth: “Bydd cyfranogiad y DU yn arsyllfa tonnau disgyrchiant y genhedlaeth nesaf yn sicrhau arweinyddiaeth hirsefydlog y DU yn y maes, o ran datblygu offer a gwneud y mwyaf o’n gwybodaeth wyddonol. Bydd yn gwella ein gallu blaengar ym maes technolegau cwantwm a dadansoddi data uwch, a thechnegau dysgu peirianyddol."

Mae synwyryddion tonnau disgyrchiant yn gweithio trwy bownsio laserau rhwng drychau crog ar bob pen i bibellau hir, a gaiff eu trefnu’n aml mewn siâp L.

Mae'r tonnau disgyrchiant - crychdonnau gwan mewn amser ac yn y gofod a achosir gan ddigwyddiadau seryddol enfawr megis tyllau du yn gwrthdaro - yn mynd trwy'r synwyryddion gan greu amrywiadau bach yn y pellter rhwng y drychau a gaiff eu mesur gan y laserau.

Gall dadansoddiad o'r data a gasglwyd yn ystod y broses hon ddatgelu cyfoeth o wybodaeth am eu tarddiad yn y gofod.

Yn sylweddol fwy uchelgeisiol yn eu dyluniad na synwyryddion blaenorol, disgwylir i'r rhai a ddefnyddir ar CE ac ET ganfod signalau o ymyl y bydysawd.

Mae seryddwyr yn dweud y bydd hyn yn eu galluogi i astudio rhannau o'r bydysawd na all arsylwadau electromagnetig eu harchwilio ac o bosibl ddatgelu hanes sy'n dyddio'n ôl i cyn geni'r sêr cyntaf.

Ychwanegodd yr Athro Mark Hannam, Dirprwy Bennaeth y Sefydliad Archwilio Disgyrchiant yn Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth Prifysgol Caerdydd: “Er mwyn gwneud y darganfyddiadau hyn mae angen i ni hefyd gael cynnydd enfawr yn ein dealltwriaeth ddamcaniaethol o’r signalau. Un o'r pethau y mae angen i ni ei wneud nawr yw sefydlu lle gallai'r darganfyddiadau mwyaf cyffrous fod, a beth sydd angen i ni ei gyfrifo er mwyn i ni allu eu cyflawni."

Bydd synwyryddion y genhedlaeth nesaf yn bownsio laserau rhwng drychau crog sy'n rhydd rhag dirgryniadau allanol ac wedi'u gosod hyd at 40 cilomedr oddi wrth ei gilydd - dros 10 gwaith y pellter a gaiff ei deithio mewn synwyryddion cerrynt.

Bydd y drychau hefyd yn fwy ac yn drymach gan eu bod yn dyblu mewn diamedr i tua 60 centimetr.

Bydd cyrhaeddiad ehangach y synwyryddion yn helpu i daflu goleuni newydd ar sut y ffurfiwyd tyllau du yn y cyfnodau cynharaf o amser, sut mae mater yn ymddwyn mewn sêr niwtron, ac yn gallu nodi tonnau disgyrchiant na all arsyllfeydd sy’n bodoli eisoes eu canfod.

Dywedodd Dr Keiko Kokeyama, Darlithydd yn Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth Prifysgol Caerdydd: “Er mwyn uwchraddio sensitifrwydd y synwyryddion, bydd angen atebion technolegol hollol newydd yn holl is-systemau synwyryddion. Byddwn yn datblygu mathau newydd o opteg a all wneud y mwyaf o allbwn synwyryddion er mwyn targedu sensitifrwydd."

Mae gwyddonwyr Prifysgol Caerdydd, a ariennir gan y Cyngor Cyfleusterau Gwyddoniaeth a Thechnoleg, wedi bod yn ymwneud ag ymchwil tonnau disgyrchiant ers sawl degawd.

Fe wnaethant gyfrannu at y dyluniad, y dechnoleg drychau crog a dadansoddi data sy'n sail i'r genhedlaeth bresennol o arsyllfeydd tonnau disgyrchiant - LIGO yn yr Unol Daleithiau, Virgo yn yr Eidal, a KAGRA yn Japan.

Gwnaeth yr arsyllfa LIGO y darganfyddiad hanesyddol cyntaf o donnau disgyrchiant yn 2015, gan agor maes seryddiaeth cwbl newydd sy'n 'gwrando' am ddirgryniadau mewn amser ac yn y gofod yn lle chwilio am wybodaeth ar draws y sbectrwm electromagnetig.

Ers 2015, mae synwyryddion tonnau disgyrchiant wedi gwneud darganfyddiadau syfrdanol - gan gynnwys signalau o fwy na 100 pâr o dyllau du sy'n gwrthdaro.

Arweinir consortiwm y DU sydd newydd gael ei ariannu gan Brifysgol Glasgow gyda chefnogaeth gan Brifysgol Caerdydd a phrifysgolion Birmingham, Portsmouth, Southampton, Strathclyde a Gorllewin yr Alban.