La tecnología de vacío ayuda a demostrar que existen agujeros negros

- Apr 16, 2019-

La tecnología de vacío ayuda a probar que existen agujeros negros

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fuente de la imagen Event Horizon Telescope Collaboration

A las 21:00 del 10 de abril de 2019, el proyecto del Telescopio EventHorizon (EHT) celebró una conferencia de prensa simultánea en seis lugares del mundo, entre ellos Bruselas, San Diego, Shanghai, Taipei, Tokio y Washington.

 

¿Qué es un agujero negro?

El agujero negro es una especie de cuerpo celeste en la relatividad general moderna. La gravedad del agujero negro es tan grande que la velocidad de escape dentro del horizonte de eventos es mayor que la velocidad de la luz. Un agujero negro es un objeto cuya curvatura es tan grande que la luz no puede escapar de su horizonte de eventos.

 

En 1916, la ecuación del campo gravitacional del astrónomo alemán Karl schwarzschild Einstein se obtiene al calcular un vacío en la solución, la solución muestra que si se concentra un poco en el espacio, el entorno producirá fenómenos extraños, que existen alrededor de la partícula. una interfaz: el "horizonte de eventos" una vez en la interfaz, incluso la luz puede escapar. El "objeto increíble" fue nombrado "agujero negro" por el físico estadounidense John Archibald Wheeler.

 

¿Qué son las ondas gravitacionales?

 

Las ondas gravitacionales se producen cuando los objetos masivos, como las estrellas de neutrones o los agujeros negros, se aceleran y orbitan entre sí. Cuando chocan, viajan cerca de la velocidad de la luz. A medida que orbitan, las ondas gravitacionales que emiten comprimen y estiran el espacio, deformando el espacio-tiempo. La deformación es extremadamente pequeña y vibratoria. Hablando en sentido figurado, es similar a las ondulaciones en el agua causadas por una piedra arrojada al agua.

 

En septiembre de 2015, el LIGO (Observatorio de Ondas de Gravedad por Interferómetro Láser) en los estados de Luisiana y Washington en los Estados Unidos detectó por primera vez ondas gravitacionales directamente en la Tierra, confirmando así la teoría de Einstein del límite del fuerte campo gravitatorio en la fuente y convirtiéndose en un avance en astrofísicos. La tecnología de vacío jugó un papel clave en las espectaculares mediciones de LIGO. El esquema de vacío universal implica la medición de LIGO y experimentos básicos relacionados.

 

E = MC2: esta es probablemente la fórmula más famosa en física. Forma parte de la teoría de la relatividad formulada por Albert Einstein en 1905 y describe la equivalencia de masa y energía. Años más tarde, el físico de fama mundial extendió sus observaciones a la gravedad y describió matemáticamente la existencia de ondas gravitacionales como parte de su teoría general de la relatividad, publicada en 1915. Durante 100 años, la teoría ha sido aceptada por los físicos. Con la ayuda de los observatorios de ondas gravitacionales con interferómetro láser en Washington y Louisiana, los científicos han podido detectar por primera vez la radiación producida cuando un par de agujeros negros chocan. Posteriormente, se confirmó la existencia de un sistema de doble agujero negro, y se mostró que su dinámica seguía las ecuaciones de Einstein.

 

Evidencia notable para la teoría de Einstein

En septiembre de 2015, LIGO detectó por primera vez ondas gravitacionales de la fusión de dos agujeros negros en una galaxia a 1.3 mil millones de años luz de distancia. Esto no solo reconfirmó la teoría de Einstein, sino que estos hallazgos son los primeros en confirmar la existencia de agujeros negros pareados. Para los investigadores, el descubrimiento marca una nueva era en la astronomía, comparable con el trabajo astronómico iniciado por Galileo en el siglo XVII.

 

En septiembre de 2015, LIGO detectó por primera vez ondas gravitacionales de la fusión de dos agujeros negros en una galaxia a 1.3 mil millones de años luz de distancia. Esto no solo reconfirmó la teoría de Einstein, sino que estos hallazgos son los primeros en confirmar la existencia de agujeros negros pareados. Para los investigadores, el descubrimiento marca una nueva era en la astronomía, comparable con el trabajo astronómico iniciado por Galileo en el siglo XVII.

 

El detector funciona con interferómetros de Michelson. En un interferómetro, un rayo láser se separa mediante un divisor de haz y se pasa a través de un sistema de espejo óptico por dos trayectorias ópticas lo más largas posible. El rayo láser se combina en el detector. De esta manera, se puede medir la diferencia de tiempo mínima de vuelo del rayo láser producido por la onda gravitacional. Incluso en un espejo a 4 km de distancia, las ondas gravitacionales hacen que los rayos láser varíen en distancia en solo una milésima (10-18 m) del tamaño de un núcleo.

 

Los 'agujeros negros' producen 'ondas gravitacionales'
¡La tecnología de vacío confirma la existencia de ondas gravitacionales!

 

La tecnología de vacío de Pfeiffer Vacuum , que se utiliza en el experimento LIGO, es necesaria para confirmar la existencia de ondas gravitacionales en la tierra. Para garantizar el funcionamiento normal, los dos recorridos de luz del láser no deben interrumpirse. Como resultado, los rayos láser y los espejos ópticos se colocan en un sistema de vacío ultraalto. Para garantizar la calidad y confiabilidad del sistema, para que el experimento pueda completarse sin problemas, se necesitan hasta diez años de preparación. Como parte de esta preparación, se han llevado a cabo investigaciones fundamentales en institutos de física de todo el mundo para preparar experimentos de ondas gravitacionales.

 

El vacío universal proporciona un vacío para muchos de estos experimentos básicos. El vacío en la sonda LIGO también es monitoreado por el sistema de análisis PVD. Las bombas moleculares HiPace de vacío universal y los espectrómetros de masas se utilizan para salvaguardar la calidad y detectar fugas para el diagnóstico de horneado de tubos de haz gigante. Estos dispositivos se utilizan para mantener las condiciones de vacío necesarias en el sistema de tuberías y proporcionar las condiciones ambientales necesarias para experimentos exitosos .

 

En general, ¿qué papel desempeñó la tecnología de vacío en el trabajo experimental de LIGO?

En un voladizo de 4 km, se requiere un vacío con un nivel inferior a 10-9 torr para evitar el ruido de fase en la salida del interferómetro causado por la dispersión hacia adelante de las moléculas de gas residual. El ruido de fase más grave proviene de las macromoléculas, que están muy polarizadas y se mueven lentamente.

 

En la cámara de masas de prueba, se requiere un vacío de menos de 10-8 torr para evitar la fluctuación de impulso de la masa de prueba causada por la colisión de átomos de gas residual. Del mismo modo, los átomos más pesados hacen más ruido que los más ligeros.

 

¿Qué requisitos específicos debe cumplir el sistema de vacío?
Además de los requisitos de presión anteriores, el sistema de vacío debe funcionar de manera confiable durante varios meses a la vez. Además, la vibración de la bomba de vacío no debe afectar la calidad de la prueba.

 

La existencia de ondas gravitacionales ha sido confirmada, y con ella la teoría de la relatividad de Einstein. ¿Qué significa esto para el trabajo experimental de LIGO? ¿Cómo funcionará?
Grandes objetivos aún no se han logrado. Sólo un pequeño paso adelante. Con una precisión de diseño mejorada, LIGO abrirá el campo de la astronomía de ondas gravitacionales. Este es un campo nuevo en astrofísica, que explora el universo oscuro mediante la observación de las ondas gravitacionales emitidas al acelerar la materia en todo el universo. Sabemos que hay sistemas de doble agujero negro y estrellas de neutrones. Pero quedan por aprender. Los espectros de masas de los agujeros negros proporcionarán información sobre su estructura y revelarán su importancia en la astronomía. Las estrellas de neutrones nos dan una ecuación para el estado de la materia nuclear y pueden decirnos cómo se forman los elementos pesados en el universo. Si pudiéramos observar una supernova, las ondas gravitacionales revelarían el proceso interno de colapso de la estrella. Puede que haya nuevas fuentes de ondas gravitacionales que aún no hemos pensado.