Telescopul Einstein, un pas înainte în astronomie: Cum se formează aurul în univers

Proiectul Einstein Telescope promite să deschidă o nouă eră în astronomie, concentrându-se pe măsurarea undelor gravitaționale. Deși este încă în faza de planificare, acest telescop ar putea revoluționa modul în care înțelegem universul.

Undele gravitaționale, similare undelor sonore, sunt generate de coliziunile între găuri negre sau stele neutronice. Utilizând tehnologia laser de ultimă oră, Einstein Telescope va permite astronomilor să studieze aceste unde cu o precizie nemaivăzută.

Cum se formează aurul în Univers

O descoperire majoră a avut loc în vara anului 2017, când trei detectoare de unde gravitaționale au înregistrat un semnal nou. Imediat, sute de telescoape din întreaga lume s-au orientat către locul suspect al originii semnalului, iar un corp ceresc luminos a fost observat pentru prima dată. Coliziunea dintre două stele neutronice a fost detectată simultan atât optically, cât și ca undă gravitațională. Stelele neutronice sunt rămășițele unor stele care au epuizat combustibilul nuclear și nu mai emit radiație vizibilă. Ele au o masă puțin mai mare decât Soarele nostru, dar sunt comprimate într-o sferă de doar 20 km în diametru. Forța coliziunii este atât de mare încât nucleele atomice sunt dezmembrate, cantități uriașe de masă sunt ejectate, formând atomi grei, precum aurul.

„Comparativ cu masa stelelor neutronice, aurul creat este destul de puțin—doar câteva mase lunare”, explică profesorul Achim Stahl de la Universitatea RWTH Aachen.

„Dar cercetătorii sunt destul de siguri că majoritatea aurului din univers a fost creat în astfel de explozii gigantice”.

Astfel, inelul de aur pe care îl purtăm a fost martor la istoria galactică.

Decizia oficială a UEFA în cazul meciului România – Kosovo. Amenzile usturătoare primite de FRF, după scandalul izbucnit

Metroul ce arată precum un muzeu: unde se află cele mai frumoase stații subterane din lume, mii de oameni le vizitează în fiecare an

Detectorii de unde gravitationale deschid un nou capitol în astronomie

Datorită detectorilor de unde gravitaționale, cunoaștem acum mai multe despre coliziunile stelelor neutronice. În trecut, dacă aveam noroc, înregistram bursele de raze gamma care durau mai puțin de o secundă. La coliziunile găurilor negre, semnalul măsurabil este extrem de scurt. Semnalul primei unde gravitaționale măsurate în 2015 a durat puțin peste 0.2 secunde. Aceste unde sunt create când obiecte ultragrave se orbitează și colizează în univers.

Semnalul detectat în vara anului 2017 a durat 100 de secunde, semn că era ceva nou. La scurt timp după ce semnalul gravitational s-a oprit, bursele de raze gamma au fost înregistrate, iar apoi urmașul exploziei a fost observat în diverse game de lungimi de undă, cu urme de elemente grele precum aurul și platină. Evenimentul a fost identificat ca o coliziune între două stele neutronice. Observarea simultană a undelor gravitaționale și a semnalelor electromagnetice a deschis o nouă eră în astronomia observativă.

„Urechile” noastre către Univers

Astronomia a fost mult timp limitată la observațiile radiației vizibile. O mai bună înțelegere a spectrului electromagnetic a permis astronomilor să adauge noi metode de observație, detectând undele radio și extinzând semnificativ cunoștințele umanității prin calcule și simulări. Albert Einstein a postulat teoria sa generală a relativității acum o sută de ani și a sugerat ideea undelor care nu sunt legate de spectrul electromagnetic. Similar undelor sonore, aceste unde erau menite să facă un specimen la o distanță mare să „oscileze” ușor.

Masele accelerate mari ar trebui să trimită astfel de unde prin spațiu. Pe Pământ, oscilarea provocată de undele gravitaționale este atât de slabă încât mișcarea este mult mai mică decât diametrul unui atom. Totuși, măsurarea undelor gravitaționale este acum posibilă, marcând astfel o nouă eră pentru astronomi. Acest lucru este realizat prin intermediul interferometrelor laser, compuse din două brațe cu oglinzi la capete. Un fascicul laser intră în interferometru și este împărțit la un separator de fascicul în mijloc. Dacă poziția oglinzii la capătul unui braț se schimbă, timpul de tranzit al fasciculului laser respectiv variază cu o cantitate infimă, măsurabilă prin compararea fasciculului laser de la oglinda afectată cu un fascicul laser din celălalt braț al interferometrului unde oglinda nu a fost mișcată.

Telescopul Einstein, un viitor revoluționar

Profesorul Stahl face parte din comunitatea germană a Telescopului Einstein și lucrează la următoarea generație de detectoare de unde gravitaționale. Acestea vor fi de zece ori mai sensibile decât cele actuale. Observatorul planificat, Einstein Telescope, va consta din trei detectoare intercalate, fiecare având două interferometre laser cu brațe de 10 km lungime. Pentru a proteja cât mai mult posibil de interferențele externe, observatorul va fi construit la 250 m sub pământ.

„Vrem să examinăm o zonă care este de o mie de ori mai mare decât ceea ce este posibil astăzi pentru undele gravitaționale”, explică profesorul Stahl.

„Și ar trebui să găsim considerabil mai multe surse pentru care instrumentele actuale nu sunt sensibile suficient”.

Acest lucru se aplică și obiectelor mai grele care emit unde gravitaționale la frecvențe mai joase.

Telescopul Einstein va lucra împreună cu o nouă generație inovatoare de observatoare în spectrul electromagnetic, de la unde radio la raze gamma. Aceasta este astronomia multi-mesager, care va oferi o transmisie live a evenimentelor cosmice, fără precedent.

În viitor, detectorii de unde gravitaționale vor funcționa continuu și vor „asculta” când apare un semnal. Dacă mai multe astfel de detectoare captează semnalul, regiunea sa de origine poate fi calculată și alte telescoape optice pot fi aliniate cu aceasta. Cercetătorii speră să obțină noi informații despre universul timpuriu sau despre coliziunile în care au fost formate toate elementele mai grele decât fierul.

Cooperarea globală pentru explorarea Universului

Astfel de măsurători complexe necesită o cooperare globală. Proiectul „Cosmic Explorer” va forma o rețea globală de detectoare cu Einstein Telescope. În 2021, europenii au inclus Einstein Telescope în roadmap-ul Forumului European de Strategie pentru Infrastructuri de Cercetare (ESFRI). Acest forum a fost înființat în 2002 pentru a permite guvernelor naționale, comunității științifice și Comisiei Europene să dezvolte și să susțină împreună un concept pentru infrastructuri de cercetare în Europa.

Telescopul Einstein a intrat astfel în faza de pregătire, cu un buget estimat la 1,8 miliarde de euro. Funcționarea sa va costa aproximativ 40 milioane de euro pe an, iar construcția este programată să înceapă în 2026, cu observații care să înceapă în 2035. Studiile sunt în curs de selecție a unui amplasament, cu două locații posibile: una în Sardinia și alta în Euregio Meuse-Rhine, în triunghiul de frontieră dintre Germania, Belgia și Olanda.

Implicațiile și dezvoltările tehnologice

Cercetătorii lucrează deja intens la echipamentele de măsurare la diverse locații. Universitatea RWTH Aachen este implicată alături de Institutul Fraunhofer pentru Tehnologie Laser ILT din Aachen, unde sunt dezvoltate noi lasere. „Ce dezvoltăm aici pentru utilizarea potențială în Einstein Telescope este unic în designul său și destinat exclusiv măsurării undelor gravitaționale,” confirmă managerul proiectului Patrick Baer de la Fraunhofer ILT.

„Dezvoltarea laserului pentru aplicațiile de acest tip poate fi de asemenea de interes pentru alte domenii, cum ar fi tehnologia cuantică și tehnologia medicală”.

Finanțarea nu este încă complet asigurată, dar profesorul Stahl estimează o decizie finală în următorii doi ani.

„Estimăm că vom putea efectua primele măsurători în 2035”, spune el.

Cu Telescopul Einstein, vom putea observa semnale din perioada formării galaxiilor și primelor stele, explorând universul mai profund decât oricând înainte.