Teknologi Vacuum Membantu Membesarkan Lubang Hitam Terdapat

Teknologi vakum membantu membuktikan terdapat lubang hitam

sumber gambar : Kerjasama Teleskop Horizon Acara

Pada 21:00 pada 10 April 2019, projek EventHorizon Telescope (EHT) mengadakan sidang akhbar serentak di enam lokasi di seluruh dunia, termasuk Brussels, San Diego, Shanghai, Taipei, Tokyo, dan Washington.

Apakah lubang hitam?

Lubang hitam adalah sejenis benda angkasa di dalam relativiti umum moden. Graviti lubang hitam begitu besar sehingga halaju melarikan diri dalam cakrawala acara lebih besar daripada kelajuan cahaya. Lubang hitam adalah objek yang kelengkungannya sangat besar sehingga cahaya tidak dapat melepaskan diri dari cakrawala peristiwanya.

Pada tahun 1916, astronomi Jerman Karl schwarzschild Einstein persamaan medan graviti diperoleh dengan mengira vakum dalam larutan, penyelesaiannya menunjukkan bahawa jika sedikit menumpukan sejumlah besar bahan di ruang angkasa, sekitarnya akan menghasilkan fenomena yang aneh, yang ada di sekitar zarah antara muka - "ufuk acara" sekali dalam antara muka, walaupun cahaya boleh melarikan diri. "Objek yang luar biasa" dinamakan "lubang hitam" oleh ahli fizik Amerika John Archibald wheeler.

Apakah gelombang graviti?

Gelombang graviti dihasilkan apabila objek besar seperti bintang neutron atau lubang hitam mempercepat dan mengorbit satu sama lain. Apabila mereka bertembung, mereka bergerak berhampiran kelajuan cahaya. Ketika mereka mengorbit, gelombang graviti mereka memancarkan kompresi dan ruang peregangan, mengubah bentuk ruang masa. Pengubahan adalah sangat kecil dan bergetar. Secara kiasan, ia sama dengan riak di atas air yang disebabkan oleh batu yang dibuang ke dalam air.

Pada bulan September 2015, LIGO (Laser Interferometer Gravitation WaveObservatory) di Louisiana dan Washington menyatakan di Amerika Syarikat pertama mengesan gelombang graviti secara langsung di bumi, dengan itu mengesahkan teori Einstein mengenai batas graviti yang kukuh di sumber dan menjadi penemuan dalam astrofizik. Teknologi vakum memainkan peranan utama dalam pengukuran spektakuler LIGO. Skim vakum sejagat melibatkan pengukuran LIGO dan eksperimen asas berkaitan.

E = MC2: ini mungkin formula yang paling terkenal dalam fizik. Ia adalah sebahagian daripada teori relativiti yang dirumuskan oleh Albert Einstein pada tahun 1905 dan menggambarkan kesamaan jisim dan tenaga. Beberapa tahun kemudian, ahli fizik yang terkenal di dunia melanjutkan pemerhatiannya kepada graviti dan secara matematik menggambarkan kewujudan gelombang graviti sebagai sebahagian daripada teori relativiti umumnya yang diterbitkan pada tahun 1915. Selama 100 tahun, teori itu telah diterima oleh ahli fizik. Dengan bantuan interferometer laser graviti-gelombang pemerhatian di Washington dan Louisiana, saintis telah dapat mengesan buat kali pertama radiasi yang dihasilkan apabila sepasang lubang hitam bertabrakan. Seterusnya, kewujudan sistem lubang hitam berganda telah disahkan, dan dinamiknya ditunjukkan mengikuti persamaan Einstein.

Bukti yang luar biasa untuk teori Einstein

Pada bulan September 2015, LIGO mula mengesan gelombang graviti dari penggabungan dua lubang hitam dalam galaksi 1.3 bilion tahun cahaya. Bukan sahaja ini mengesahkan semula teori Einstein, tetapi penemuan ini adalah yang pertama untuk mengesahkan kewujudan lubang hitam berpasangan. Bagi penyelidik, penemuan ini menandakan era baru dalam astronomi, setanding dengan karya astronomi yang dimulakan oleh Galileo pada abad ke-17.

Pada bulan September 2015, LIGO mula mengesan gelombang graviti dari penggabungan dua lubang hitam dalam galaksi 1.3 bilion tahun cahaya. Bukan sahaja ini mengesahkan semula teori Einstein, tetapi penemuan ini adalah yang pertama untuk mengesahkan kewujudan lubang hitam berpasangan. Bagi penyelidik, penemuan ini menandakan era baru dalam astronomi, setanding dengan karya astronomi yang dimulakan oleh Galileo pada abad ke-17.

Pengesan beroperasi pada interferometer Michelson. Dalam interferometer, pancaran laser dipisahkan oleh splitter rasuk dan melalui sistem cermin optik dengan dua laluan optik selagi mungkin. Rasuk laser kemudian digabungkan dalam pengesan. Dengan cara ini, perbezaan masa minimum penerbangan sinar laser yang dihasilkan oleh gelombang graviti boleh diukur. Malah di cermin 4km selain itu, gelombang graviti menyebabkan sinar laser berubah mengikut jarak hanya dengan seperseribu (10-18m) saiz nukleus.

'lubang hitam' menghasilkan 'gelombang graviti'
Teknologi vakum mengesahkan kewujudan gelombang graviti!

Teknologi Vacuum dari Pfeiffer Vacuum , yang digunakan dalam eksperimen LIGO, diperlukan untuk mengesahkan adanya gelombang gravitasi di bumi. Untuk memastikan fungsi normal, kedua-dua laluan cahaya laser tidak boleh diganggu. Akibatnya, rasuk laser dan cermin optik diletakkan dalam sistem vakum yang sangat tinggi. Untuk memastikan kualiti dan kebolehpercayaan sistem, supaya eksperimen itu dapat diselesaikan dengan lancar, ia memerlukan persiapan sepuluh tahun. Sebagai sebahagian daripada penyediaan ini, penyelidikan asas telah dijalankan di institut fizik di seluruh dunia untuk mempersiapkan eksperimen gelombang graviti.

Vakum sejagat menyediakan vakum untuk kebanyakan eksperimen asas ini. Vakum dalam penyelidikan LIGO juga dipantau oleh sistem analisis PVD. Vakum Universal HiPace pam molekul dan spektrometer jisim digunakan untuk menjaga kualiti dan mengesan kebocoran untuk diagnosis penebat tiub rasuk raksasa. Alat ini digunakan untuk mengekalkan keadaan vakum yang diperlukan dalam sistem perpipaan dan menyediakan keadaan persekitaran yang diperlukan untuk eksperimen yang berjaya .

Keseluruhan, apakah peranan yang dimainkan teknologi vakum dalam kerja eksperimen LIGO?

Dalam cantilever 4 km, vakum dengan tahap yang lebih rendah daripada 10-9 torr diperlukan untuk mengelakkan bunyi fasa dalam output interferometer yang disebabkan oleh penyebaran ke hadapan molekul gas sisa. Bunyi fasa paling serius berasal dari makromolekul, yang sangat terpolarisasi dan bergerak dengan perlahan.

Dalam kebuk ujian ruang, vakum kurang daripada 10-8 torr diperlukan untuk mengelakkan turun naik momentum jisim ujian yang disebabkan oleh perlanggaran atom gas sisa. Begitu juga, atom yang lebih berat membuat lebih banyak bunyi daripada yang lebih ringan.

Apakah keperluan spesifik sistem vakum?
Sebagai tambahan kepada keperluan tekanan di atas, sistem vakum mesti beroperasi dengan pasti selama beberapa bulan pada suatu masa. Juga, getaran pam vakum tidak menjejaskan kualiti ujian.

Kewujudan gelombang graviti telah disahkan, dan dengan itu teori relativiti Einstein. Apa artinya untuk kerja eksperimen LIGO? Bagaimana ia berfungsi?
Matlamat besar belum tercapai. Hanya satu langkah kecil ke hadapan. Dengan ketepatan reka bentuk yang lebih baik, LIGO akan membuka bidang astronomi gelombang graviti. Ini adalah bidang baru dalam astrofizik, meneroka alam semesta gelap dengan memerhatikan gelombang graviti yang dipancarkan oleh percepatan perkara di seluruh alam semesta. Kita tahu bahawa terdapat sistem lubang hitam berganda dan bintang neutron. Tetapi mereka tetap dipelajari. Spektrum massa lubang hitam akan memberikan maklumat mengenai struktur mereka dan mendedahkan kepentingan mereka dalam astronomi. Bintang Neutron memberikan kita persamaan bagi keadaan nuklear dan boleh memberitahu kita bagaimana bentuk unsur-unsur berat di alam semesta. Jika kita dapat melihat supernova, gelombang graviti akan mendedahkan proses dalaman runtuhnya bintang. Mungkin ada sumber gelombang graviti baru yang belum kita fikirkan.