Mae Technoleg Gwactod yn Helpu Profi Tyllau Duon

Mae technoleg llwch yn helpu i brofi bod tyllau duon yn bodoli

ffynhonnell y llun : Cydweithrediad Telesgop Horizon Event

Am 21:00 ar Ebrill 10, 2019, cynhaliodd prosiect Telesgop (EHT) EventHorizon gynhadledd i'r wasg ar y pryd mewn chwe lleoliad ledled y byd, gan gynnwys Brwsel, San Diego, Shanghai, Taipei, Tokyo, a Washington.

Beth yw twll du?

Mae twll du yn fath o gorff nefol yn y perthnasedd cyffredinol modern. Mae difrifoldeb y twll du mor fawr fel bod y cyflymder dianc o fewn gorwel y digwyddiad yn fwy na chyflymder y golau. Mae twll du yn wrthrych y mae ei gymesuredd mor fawr fel na all golau ddianc o'i orwel.

Yn 1916, mae hafaliad maes disgyrchiant Karl schwarzschild yr Almaen, Karl schwarzschild, yn cael ei sicrhau trwy gyfrifo gwactod yn yr hydoddiant, mae'r ateb yn dangos os bydd ychydig yn canolbwyntio llawer iawn o ddeunydd yn y gofod, bydd yr amgylchoedd yn cynhyrchu ffenomena rhyfedd, sy'n bodoli o amgylch y gronyn rhyngwyneb - “gorwel y digwyddiad” unwaith yn y rhyngwyneb, gall hyd yn oed golau ddianc. Enwyd y "gwrthrych anhygoel" yn "dwll du" gan y ffisegydd Americanaidd John Archibald Wheeler.

Beth yw tonnau disgyrchiant?

Cynhyrchir tonnau disgyrchiant pan fydd gwrthrychau enfawr fel sêr niwtron neu dyllau du yn cyflymu ac yn cylchdroi ei gilydd. Pan fyddant yn gwrthdaro, maent yn teithio yn agos at gyflymder y golau. Wrth iddynt orbit, mae'r tonnau disgyrchiant yn gollwng gofod cywasgu ac ymestyn, gan anffurfio amser gofod. Mae'r anffurfiad yn fach iawn ac yn ddirgrynol. Wrth siarad yn fras, mae'n debyg i'r crychdonnau ar y dŵr a achosir gan garreg a daflwyd i'r dŵr.

Ym mis Medi 2015, darganfu'r LIGO (Lolfa Wavevebs Gravitation Laveometer) yn Louisiana a Washington yn yr Unol Daleithiau, darganfyddodd donnau disgyrchiant yn uniongyrchol ar y ddaear, gan gadarnhau damcaniaeth Einstein o gyfyngiad maes disgyrchiant cryf yn y ffynhonnell a dod yn ddatblygiad mewn astroffiseg. Chwaraeodd technoleg llwch rôl allweddol yn mesuriadau ysblennydd LIGO. Mae'r cynllun gwactod cyffredinol yn cynnwys mesur LIGO ac arbrofion sylfaenol cysylltiedig.

E = MC2: mae'n debyg mai hwn yw'r fformiwla enwocaf mewn ffiseg. Mae'n rhan o theori perthnasedd a luniwyd gan Albert Einstein yn 1905 ac mae'n disgrifio cywerthedd màs ac egni. Blynyddoedd yn ddiweddarach, ehangodd y ffisegydd byd-enwog ei arsylwadau i ddisgyrchiant a disgrifiodd yn fathemategol fodolaeth tonnau disgyrchiant fel rhan o'i ddamcaniaeth gyffredinol o berthnasedd, a gyhoeddwyd yn 1915. Ers 100 mlynedd, mae'r ffisegwyr wedi derbyn y ddamcaniaeth. Gyda chymorth arsyllfeydd tonnau disgyrchiant laser interfferomedr yn Washington a Louisiana, mae gwyddonwyr wedi gallu canfod am y tro cyntaf yr ymbelydredd a gynhyrchwyd pan fydd pâr o dyllau duon yn gwrthdaro. Wedi hynny, cadarnhawyd bodolaeth system twll du dwbl, a dangoswyd bod ei deinameg yn dilyn hafaliadau Einstein.

Tystiolaeth ryfeddol ar gyfer damcaniaeth Einstein

Ym mis Medi 2015, darganfu LIGO donnau disgyrchiant gyntaf o uno dau dwll du mewn alaeth 1.3 biliwn o flynyddoedd golau i ffwrdd. Nid yn unig y gwnaeth hyn ail-gadarnhau theori Einstein, ond y canfyddiadau hyn yw'r cyntaf i gadarnhau bod tyllau du mewn parau. I ymchwilwyr, mae'r darganfyddiad yn nodi cyfnod newydd mewn seryddiaeth, sy'n debyg i'r gwaith seryddol a ddechreuwyd gan Galileo yn yr 17eg ganrif.

Ym mis Medi 2015, darganfu LIGO donnau disgyrchiant gyntaf o uno dau dwll du mewn alaeth 1.3 biliwn o flynyddoedd golau i ffwrdd. Nid yn unig y gwnaeth hyn ail-gadarnhau theori Einstein, ond y canfyddiadau hyn yw'r cyntaf i gadarnhau bod tyllau du mewn parau. I ymchwilwyr, mae'r darganfyddiad yn nodi cyfnod newydd mewn seryddiaeth, sy'n debyg i'r gwaith seryddol a ddechreuwyd gan Galileo yn yr 17eg ganrif.

Mae'r synhwyrydd yn gweithredu ar ymyrraeth Michelson. Mewn ymyrraeth, caiff trawst laser ei wahanu gan hollt trawst a'i basio drwy system drych optegol gan ddau lwybr optegol cyn hired â phosibl. Yna caiff y pelydr laser ei gyfuno yn y synhwyrydd. Yn y modd hwn, gellir mesur y gwahaniaeth amser lleiaf o ran hedfan y trawst laser a gynhyrchir gan y don disgyrchiant. Hyd yn oed mewn drych 4km ar wahân, mae tonnau disgyrchiant yn achosi i'r trawstiau laser amrywio o bellter dim ond milfed (10-18m) o faint cnewyllyn.

mae 'tyllau du' yn cynhyrchu 'tonnau disgyrchiant'
Mae technoleg llwch yn cadarnhau bodolaeth tonnau disgyrchiant!

Mae angen technoleg llwch o Pfeiffer Vacuum , a ddefnyddir yn arbrawf LIGO, i gadarnhau bodolaeth tonnau disgyrchiant ar y ddaear. Er mwyn sicrhau'r swyddogaeth arferol, ni ddylid tarfu ar ddau lwybr golau y laser. O ganlyniad, mae trawstiau laser a drychau optegol yn cael eu rhoi mewn system sugno uwch-uchel. Er mwyn sicrhau ansawdd a dibynadwyedd y system, fel y gellir cwblhau'r arbrawf yn ddidrafferth, mae angen paratoi hyd at ddeng mlynedd. Fel rhan o'r gwaith paratoi hwn, cynhaliwyd ymchwil sylfaenol mewn sefydliadau ffiseg ledled y byd i baratoi ar gyfer arbrofion tonnau disgyrchiant.

Mae'r gwactod cyffredinol yn darparu gwactod ar gyfer llawer o'r arbrofion sylfaenol hyn. Caiff y gwactod yn y stiliwr LIGO ei fonitro hefyd gan y system ddadansoddi PVD. Gwactod cyffredinol Defnyddir pympiau moleciwlaidd HiPace a sbectromedrau torfol i ddiogelu ansawdd a chanfod gollyngiadau ar gyfer diagnosis pobi tiwb enfawr. Defnyddir y dyfeisiau hyn i gynnal yr amodau gwactod angenrheidiol yn y system bibellau ac maent yn darparu'r amodau amgylcheddol angenrheidiol ar gyfer arbrofion llwyddiannus .

Yn gyffredinol, pa rôl wnaeth technoleg gwactod yng ngwaith arbrofol LIGO?

Mewn cantilifer 4 km, mae angen gwactod â lefel is na 10-9 torr er mwyn osgoi'r sŵn cam yn allbwn yr ymyrraeth a achosir gan wasgariad ymlaen llaw moleciwlau nwy gweddilliol. Mae'r sŵn cyfnod mwyaf difrifol yn dod o macromoleciwlau, sydd wedi'u polaregu'n fawr ac yn symud yn araf.

Yn y siambr màs prawf, mae angen gwactod o lai na 10-8 torr er mwyn osgoi amrywiad momentwm y mas prawf a achosir gan wrthdrawiad atomau nwy gweddilliol. Yn yr un modd, mae atomau trymach yn gwneud mwy o sŵn na rhai ysgafnach.

Pa ofynion penodol y mae'n rhaid i'r system wactod eu bodloni?
Yn ogystal â'r gofynion pwysedd uchod, rhaid i'r system wactod weithredu'n ddibynadwy am sawl mis ar y tro. Hefyd, ni ddylai dirgryniad y pwmp gwactod effeithio ar ansawdd y prawf.

Cadarnhawyd bodolaeth tonnau disgyrchiant, a chyda hynny theori Einstein o berthnasedd. Beth mae hyn yn ei olygu i waith arbrofol LIGO? Sut fydd yn gweithio?
Nid yw nodau gwych wedi'u cyflawni eto. Dim ond cam bach ymlaen. Gyda manylder dylunio gwell, bydd LIGO yn agor maes seryddiaeth tonnau disgyrchiant. Mae hwn yn faes newydd mewn astroffiseg, sy'n archwilio'r bydysawd tywyll trwy arsylwi tonnau disgyrchiant sy'n cael ei allyrru drwy gyflymu mater ledled y bydysawd. Gwyddom fod yna systemau twll du dwbl a sêr niwtron. Ond nid oes modd eu dysgu o hyd. Bydd sbectra torfol tyllau duon yn darparu gwybodaeth am eu strwythur ac yn datgelu eu pwysigrwydd mewn seryddiaeth. Mae sêr niwtron yn rhoi hafaliad i ni ar gyfer cyflwr mater niwclear ac fe all ddweud wrthym sut mae elfennau trwm yn ffurfio yn y bydysawd. Pe gallem arsylwi ar uwchnofa, byddai'r tonnau disgyrchiant yn datgelu proses fewnol cwymp seren. Gall fod ffynonellau newydd o donnau disgyrchiant nad ydym wedi meddwl amdanynt eto.