Penemuan membuka era baru dalam astronomi

Phát hiện mở ra kỷ nguyên mới trong thiên văn học - 1 — Kiri: Fizik Albert Einstein, kanan: En. Carl Knox - Pakar Teknologi Kreatif dan Visualisasi Saintifik , Universiti Teknologi Swinburne, Australia.

Itulah penemuan pertama gelombang graviti. Ia membuktikan ramalan utama teori relativiti umum Einstein. Kini, penemuan baru gelombang graviti telah mengesahkan teori oleh Stephen Hawking - satu lagi "gergasi" dalam bidang astronomi.

Apakah gelombang graviti?

Gelombang graviti ialah "riak" dalam fabrik ruang-masa yang bergerak pada kelajuan cahaya. Ia dicipta oleh objek besar yang dipercepatkan dengan sangat cepat, seperti lubang hitam berlanggar atau penggabungan sisa bintang besar yang dipanggil bintang neutron.

Riak ini yang merambat melalui alam semesta pertama kali diperhatikan secara langsung pada 14 September 2015, oleh dua pengesan Balai Cerap Gelombang Gravitas Interferometer Laser (LIGO) di AS.

Isyarat pertama itu, dipanggil GW150914, datang daripada perlanggaran dua lubang hitam, setiap satu lebih daripada 30 kali ganda jisim Matahari dan lebih daripada satu bilion tahun cahaya dari Bumi.

Ini adalah bukti langsung pertama gelombang graviti, seperti yang diramalkan oleh teori relativiti Einstein 100 tahun sebelumnya. Untuk penemuan ini, tiga saintis Rainer Weiss, Barry Barish dan Kip Thorne telah dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik 2017.

Simulasi menunjukkan gelombang graviti yang dicipta oleh dua lubang hitam yang mengorbit antara satu sama lain ( Video : MPI).

Beratus-ratus isyarat dalam masa kurang daripada satu dekad

Sejak 2015, lebih daripada 300 gelombang graviti telah diperhatikan oleh LIGO, bersama-sama dengan pengesan KAGRA Itali dan Virgo Jepun.

Hanya beberapa minggu yang lalu, kerjasama antarabangsa LIGO/Virgo/KAGRA mengumumkan keputusan terkini daripada pemerhatian keempatnya, lebih daripada menggandakan bilangan gelombang graviti yang diketahui.

Sepuluh tahun selepas penemuan pertama, kerjasama antarabangsa termasuk saintis Australia dari Pusat Penemuan Gelombang Gravitasional Majlis Penyelidikan Australia (OzGrav) baru-baru ini mengumumkan isyarat gelombang graviti baharu, GW250114.

Isyarat ini ialah salinan hampir sempurna isyarat gelombang graviti pertama, berkod GW150914.

Phát hiện mở ra kỷ nguyên mới trong thiên văn học - 2 — Gelombang graviti diperhatikan GW250114 (LVK 2025). Data pemerhatian ditunjukkan dalam warna kelabu muda. Lengkung biru licin mewakili model bentuk gelombang teori yang paling sesuai, yang menunjukkan persetujuan yang sangat baik dengan isyarat yang diperhatikan.

Perlanggaran lubang hitam yang menghasilkan GW250114 mempunyai sifat fizikal yang hampir sama dengan GW150914. Walau bagaimanapun, terima kasih kepada peningkatan ketara kepada pengesan gelombang graviti sepanjang dekad yang lalu, isyarat baharu itu dilihat dengan lebih jelas (hampir empat kali lebih kuat daripada GW150914).

Apa yang menarik ialah ia membolehkan kami menguji idea ahli fizik perintis lain. Itulah Stephen Hawking.

Betul juga kata Hawking.

Lebih daripada 50 tahun yang lalu, ahli fizik Stephen Hawking dan Jacob Bekenstein merumuskan satu set undang-undang yang menggambarkan lubang hitam.

Hukum kedua Hawking bagi mekanik lubang hitam, juga dikenali sebagai teorem kawasan Hawking, menyatakan bahawa luas ufuk peristiwa lohong hitam mesti sentiasa meningkat. Dalam erti kata lain, lubang hitam tidak boleh runtuh.

Sementara itu, Bekenstein menunjukkan bahawa kawasan lubang hitam secara langsung berkaitan dengan entropi (atau gangguannya). Undang-undang kedua termodinamik memberitahu kita bahawa entropi mesti sentiasa meningkat: alam semesta sentiasa menjadi lebih tidak teratur. Oleh kerana entropi lubang hitam juga mesti meningkat dari semasa ke semasa, ini memberitahu kita bahawa kawasannya juga mesti meningkat.

Bagaimanakah kita boleh menguji idea-idea ini? Ternyata perlanggaran antara lubang hitam adalah alat yang sempurna. Ketepatan ukuran baharu itu membolehkan saintis melakukan ujian paling tepat bagi teorem kawasan Hawking setakat ini.

Eksperimen sebelumnya menggunakan pengesanan pertama, GW15091, mencadangkan bahawa isyarat itu konsisten dengan undang-undang Hawking, tetapi tidak dapat mengesahkannya dengan pasti.

Lubang hitam adalah objek mudah yang mengejutkan. Luas ufuk lohong hitam bergantung pada jisim dan putarannya, satu-satunya parameter yang diperlukan untuk menggambarkan lohong hitam astronomi. Sebaliknya, jisim dan putaran menentukan bentuk gelombang graviti.

Dengan mengukur secara berasingan jisim dan putaran pasangan lubang hitam masuk, dan membandingkannya dengan jisim dan putaran lubang hitam terakhir yang tinggal selepas perlanggaran, saintis dapat membandingkan luas dua lubang hitam yang berlanggar dengan luas lubang hitam terakhir.

Data menunjukkan persetujuan yang sangat baik dengan ramalan teori bahawa kawasan itu akan meningkat, sangat menyokong undang-undang Hawking.

Pemerhatian gelombang graviti masa depan akan membolehkan kita menguji teori saintifik yang lebih eksotik, dan mungkin juga menyiasat sifat komponen alam semesta yang hilang, jirim gelap dan tenaga gelap.

Komen (0)