Vakuumska tehnologija pomaže dokazivanju postojanja crnih rupa

Vakuumska tehnologija pomaže dokazati postojanje crnih rupa

izvor slike : Event Horizon Telescope Collaboration

U 21:00 10. aprila 2019. godine, projekat EventHorizon Telescope (EHT) održao je istovremenu konferenciju za štampu na šest lokacija širom svijeta, uključujući Brisel, San Diego, Šangaj, Tajpej, Tokio i Vašington.

Šta je crna rupa?

Crna rupa je vrsta nebeskog tijela u modernoj općoj relativnosti. Težina crne rupe je toliko velika da je izlazna brzina unutar horizonta događaja veća od brzine svetlosti. Crna rupa je objekt čija je zakrivljenost toliko velika da svjetlost ne može pobjeći iz svog horizonta događaja.

Godine 1916. njemačka astronomska jednačina gravitacionog polja Karl Schwarzschild Einstein je dobivena računanjem vakuuma u rješenju, rješenje pokazuje da ako se malo koncentrira velika količina materijala u prostoru, okolina će proizvesti čudne pojave, koje postoje oko čestice interfejs - "horizont horizonta" jednom u interfejsu, čak i svetlost može da pobegne. "Neverovatan objekat" je nazvan "crna rupa" od strane američkog fizičara Johna Archibalda wheelera.

Šta su gravitacioni talasi?

Gravitacioni talasi se proizvode kada masivni objekti kao što su neutronske zvezde ili crne rupe ubrzavaju i kruže jedan oko drugog. Kada se sudare, oni putuju blizu brzine svetlosti. Kako orbitiraju, gravitacioni talasi emituju kompresiju i rastezanje prostora, deformirajući prostor-vrijeme. Deformacija je izuzetno mala i vibracijska. Figurativno govoreći, sličan je talasima na vodi uzrokovanim kamenom bačenim u vodu.

U septembru 2015. godine, LIGO (laserski interferometrijski gravitacioni valovi) u Louisiani i državi Washington u Sjedinjenim Državama prvi je otkrio gravitacione talase direktno na zemlji, potvrđujući tako Einsteinovu teoriju granice jakog gravitacionog polja na izvoru i postaje proboj u astrofizici. Vakuumska tehnologija je odigrala ključnu ulogu u LIGO spektakularnim mjerenjima. Univerzalna vakuumska šema uključuje mjerenje LIGO i srodnih osnovnih eksperimenata.

E = MC2: ovo je vjerovatno najpoznatija formula u fizici. To je deo teorije relativnosti koju je formulisao Albert Ajnštajn 1905. godine i opisuje ekvivalentnost mase i energije. Godinama kasnije, svjetski poznati fizičar proširio je svoja opažanja na gravitaciju i matematički opisao postojanje gravitacijskih valova kao dio svoje opće teorije relativnosti, objavljene 1915. godine. Fizičari su 100 godina prihvatili teoriju. Pomoću laserskih observatorija za gravitacione talase interferometra u Vašingtonu i Luizijani, naučnici su prvi put otkrili zračenje proizvedeno kada se sudaraju par crnih rupa. Potom je potvrđeno postojanje sistema dvostruke crne rupe, a pokazalo se da njegova dinamika slijedi Ajnštajnove jednadžbe.

Izvanredan dokaz za Ajnštajnovu teoriju

U septembru 2015. godine, LIGO je prvo otkrio gravitacione talase od spajanja dve crne rupe u galaksiji udaljenoj 1.3 milijarde svetlosnih godina. Ne samo da je ovo potvrdilo Ajnštajnovu teoriju, već su ovi nalazi prvi koji potvrđuju postojanje uparenih crnih rupa. Za istraživače, ovo otkriće označava novu eru u astronomiji, koja se može usporediti s astronomskim radovima koje je Galileo započeo u 17. stoljeću.

U septembru 2015. godine, LIGO je prvo otkrio gravitacione talase od spajanja dve crne rupe u galaksiji udaljenoj 1.3 milijarde svetlosnih godina. Ne samo da je ovo potvrdilo Ajnštajnovu teoriju, već su ovi nalazi prvi koji potvrđuju postojanje uparenih crnih rupa. Za istraživače, ovo otkriće označava novu eru u astronomiji, koja se može usporediti s astronomskim radovima koje je Galileo započeo u 17. stoljeću.

Detektor radi na Michelsonovim interferometrima. U interferometru se laserski snop odvaja razdvajačem zraka i prolazi kroz optički sistem zrcala po dvije optičke staze što je duže moguće. Laserski zrak se zatim kombinira u detektoru. Na taj način se može mjeriti minimalna vremenska razlika leta laserskog zraka koje proizvodi gravitacijski val. Čak iu zrcalu udaljenom 4km, gravitacioni talasi uzrokuju varijacije laserskih zraka u udaljenosti od samo hiljaditi (10-18m) veličine jezgra.

'crne rupe' proizvode 'gravitacione talase'
Vakuumska tehnologija potvrđuje postojanje gravitacionih talasa!

Vakuumska tehnologija iz Pfeiffer Vacuum , koja se koristi u LIGO eksperimentu, potrebna je za potvrdu postojanja gravitacionih talasa na zemlji. Da bi se osigurala normalna funkcija, ne smiju se ometati dvije putanje svjetla lasera. Kao rezultat, laserske zrake i optički zrcala se postavljaju u ultra-visoki vakuumski sistem. Da bi se osigurao kvalitet i pouzdanost sistema, tako da se eksperiment može glatko završiti, potrebno je do deset godina pripreme. Kao dio ove pripreme, na institutima za fiziku širom svijeta provedena su temeljna istraživanja kako bi se pripremili za eksperimente gravitacionog vala.

Univerzalni vakuum predstavlja vakuum za mnoge od ovih osnovnih eksperimenata. Vakuum u LIGO sondi se takođe prati pomoću PVD sistema za analizu. Univerzalni vakuum HiPace molekularne pumpe i maseni spektrometri koriste se za očuvanje kvaliteta i otkrivanje curenja za dijagnozu pečenja velikih grednih cijevi. Ovi uređaji se koriste za održavanje potrebnih uslova vakuuma u sistemu cevovoda i obezbeđuju neophodne uslove za uspešne eksperimente .

Sveukupno, kakvu ulogu je vakuumska tehnologija imala u eksperimentalnom radu LIGO-a?

U 4 km konzoli, potreban je vakuum sa nivoom nižim od 10-9 torr kako bi se izbjegla fazna buka u izlazu interferometra uzrokovana prosječnim rasipanjem molekula zaostalog plina. Najozbiljniji fazni šum dolazi od makromolekula, koji su jako polarizirani i sporo se kreću.

U komori masa za testiranje, potreban je vakuum manji od 10-8 torr kako bi se izbjegla fluktuacija impulsa ispitne mase uzrokovana sudaranjem atoma zaostalog plina. Slično tome, teži atomi stvaraju više šuma nego oni lakši.

Koje specifične zahtjeve mora zadovoljiti vakuumski sustav?
Osim gore navedenih zahtjeva za tlakom, vakuumski sustav mora raditi pouzdano nekoliko mjeseci u isto vrijeme. Također, vibracije vakuum pumpe ne bi trebale utjecati na kvalitetu ispitivanja.

Potvrđeno je postojanje gravitacionih talasa, a time i Ajnštajnove teorije relativnosti. Šta to znači za eksperimentalni rad LIGO-a? Kako će to funkcionirati?
Veliki ciljevi još nisu postignuti. Samo mali korak naprijed. Sa poboljšanom preciznošću projektovanja, LIGO će otvoriti polje astronomije gravitacionog vala. Ovo je novo polje u astrofizici, istražujući mračni univerzum posmatrajući gravitacione talase emitovane ubrzavanjem materije u svemiru. Znamo da postoje dupli sistemi crnih rupa i neutronske zvezde. Ali oni ostaju da se nauče. Maseni spektri crnih rupa će pružiti informacije o njihovoj strukturi i otkriti njihovu važnost u astronomiji. Neutronske zvezde daju nam jednadžbu za stanje nuklearne materije i mogu nam reći kako se teški elementi formiraju u svemiru. Ako bismo mogli da posmatramo supernovu, gravitacioni talasi bi otkrili unutrašnji proces kolapsa zvezda. Možda postoje novi izvori gravitacionih talasa o kojima još nismo razmišljali.