.Einstein Telescope: Unlocking a New Era in Astronomy From 250 Meters Underground
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아인슈타인 망원경: 지하 250m에서 천문학의 새로운 시대를 열다
주제:천문학천체물리학중력파 작성자: FRAUNHOFER 레이저 기술 연구소 ILT 2024년 6월 15일 아인슈타인 망원경 그림 아인슈타인 망원경은 지하 250미터 정도에 건설되고 있습니다. 각각 10km 길이의 3개 터널에 간섭계를 설치해 초기 우주의 블랙홀 충돌을 측정할 예정이다. 크레딧: NIKHEF 2035년에 관측을 시작할 예정인 아인슈타인 망원경은 중력파 감지 능력을 확장하여 금과 같은 원소를 형성하는 중성자 별 충돌을 포함하여 우주의 가장 극적인 사건에 대한 새로운 통찰력을 제공할 것입니다 .
아직은 계획일 뿐이지만, 새로운 망원경이 곧 중력파를 측정할 수 있을 것입니다. 중력파는 우주의 음파와 비슷합니다. 예를 들어, 블랙홀이나 중성자별이 충돌할 때 생성됩니다. 미래의 중력파 검출기인 아인슈타인 망원경은 최신 레이저 기술을 사용하여 이러한 파동과 우주를 더 잘 이해할 것입니다. 이 망원경을 건설할 수 있는 한 가지 가능한 위치는 독일, 벨기에, 네덜란드의 국경 삼각형입니다.
우주가 금을 만드는 방법 2017년 여름은 천문학자들에게 매우 흥미로운 날이었습니다. 8월 17일에 세 개의 중력파 탐지기가 새로운 신호를 등록했습니다. 전 세계 수백 대의 망원경이 즉시 의심되는 기원 지점을 가리키고 실제로 그곳에서 빛나는 천체가 보였습니다. 처음으로 두 중성자별의 충돌이 광학적으로나 중력파로 감지되었습니다. 중성자별은 우주에서 매우 특별한 존재입니다. 그들은 더 이상 가시광선을 방출하지 않는 타버린 별입니다. 무게는 우리 태양보다 약간 더 크지만 직경이 20km 미만인 구체에 질량을 압축합니다. 충돌의 힘은 너무 커서 원자핵이 찢겨지고 엄청난 양의 질량이 방출되며 금과 같은 무거운 원자가 형성될 수 있습니다. "중성자별의 질량에 비하면 생성되는 금의 양은 많지 않습니다. 달의 질량 몇 개에 불과합니다."라고 RWTH 아헨 대학교의 천체물리학자인 Achim Stahl 교수는 웃으며 설명합니다.
"그러나 연구자들은 우주에 있는 대부분의 금이 그러한 거대한 폭발로 생성되었다고 확신합니다." 그러므로 우리가 손가락에 끼고 있는 금반지는 이미 은하의 역사를 경험한 것입니다.
프로토타입 매우 안정된 홀뮴 도핑 파이버 증폭기 매우 안정적인 홀뮴 첨가 광섬유 증폭기의 프로토타입이 현재 Fraunhofer ILT에서 개발 중입니다. 새로운 레이저 기술은 잠재적으로 양자 기술이나 의료 기술 등 다른 응용 분야에도 사용될 수 있습니다. 출처: Fraunhofer
ILT, 독일 아헨 중력파 탐지기는 천문학의 새로운 장을 열었습니다. 중력파 검출기 덕분에 우리는 중성자별의 충돌에 대해 더 많이 알고 있습니다. 은하계 기준으로 보면, 이는 매우 빠른 과정입니다. 과거에는 운이 매우 좋다면 1초도 안 지속되는 감마선 폭발을 기록할 수 있었습니다. 블랙홀이 충돌할 때, 현재 중력파 검출기로 측정할 수 있는 신호는 매우 짧습니다. 2015년에 측정된 최초의 중력파 신호는 길이가 0.2초에 불과했습니다. 이러한 파동은 우주에서 초중량 물체가 서로 공전하다가 충돌할 때 생성됩니다. 2017년 여름에 감지된 신호는 100초 길이였으므로 이것이 새로운 무언가라는 것이 즉시 분명했습니다. 중력 신호가 멈춘 직후 감마선 폭발이 기록되었고, 나중에 폭발의 잔광이 다양한 파장 범위에서 관찰되었고 금과 백금과 같은 중원소의 흔적이 감지되었습니다. 이 사건은 두 개의 중성자별의 충돌로 확인되었습니다. 중력파와 전자기 신호를 동시에 관찰하면서 관측 천문학의 새로운 장이 열렸습니다. 천체물리학자 슈탈은 "사실 광학 신호는 하늘에서 별을 찾는 데 결정적인 역할을 했습니다."라고 설명합니다.
아인슈타인 망원경을 위한 툴륨 도핑 파이버 증폭기 아인슈타인 망원경을 위한 툴륨 도핑 파이버 증폭기의 실험실 설정. 출처: Fraunhofer ILT, Aachen, Germany
우주에 대한 우리의 “귀” 수세기 동안 천문학은 가시광선의 관찰에 국한되었습니다. 전자기 스펙트럼에 대한 이해가 더 깊어지면서 천문학자들은 많은 새로운 관찰 방법을 추가하고, 전파를 감지했으며, 계산과 시뮬레이션을 통해 인류의 지식을 크게 확장했습니다. 100년 전 알베르트 아인슈타인이 일반 상대성 이론을 가정했을 때, 그는 또한 전자기 스펙트럼과 아무 관련이 없는 파동이 있을 수 있다는 생각을 내놓았습니다.
음파와 비슷하게, 그들은 먼 거리에 있는 시험편을 약간 "흔들리게" 할 것으로 예상되었습니다. 큰 가속 질량은 그러한 파동을 우주로 보내야 합니다. 그러나 지구에서는 중력파로 인한 흔들림이 너무 약해서 그 움직임이 원자의 지름보다 훨씬 작습니다 . 그럼에도 불구하고, 이제 중력파를 측정하는 것이 가능해졌습니다. 이것은 천문학자들에게 새로운 시대입니다. 이는 소위 레이저 간섭계에 의해 가능합니다. 레이저 간섭계는 양쪽 끝에 거울이 있는 두 개의 팔로 구성되어 있습니다. 레이저 빔이 간섭계에 들어가 가운데에 있는 빔 스플리터에서 분리됩니다. 두 팔의 끝 거울로 이동한 후 다시 빔 스플리터로 돌아갑니다.
팔 끝에 있는 거울의 위치가 바뀌면 해당 레이저 빔의 이동 시간이 아주 약간씩 달라집니다. 이 양은 영향을 받은 거울의 레이저 빔과 거울이 움직이지 않은 다른 간섭계 팔의 레이저 빔을 비교하여 측정할 수 있습니다. 현재 중력파 검출기의 이 측정 정확도는 물리학자들에게도 항상 놀랍습니다. “우리는 양성자 직경의 2,000분의 1 미만의 정확도 까지 측정합니다”라고 Stahl 교수는 설명합니다.
다시 말하면 양성자는 원자핵의 구성 요소입니다. “우주에서 가장 큰 사건, 즉 블랙홀의 병합을 감지하기 위해 우리에게 알려진 가장 작은 입자 규모의 정밀도가 필요하다는 것은 아이러니합니다.”라고 그는 생각에 잠겨 덧붙였습니다. 중력파를 측정하려는 첫 시도는 1960년대에 이루어졌습니다. 그러나 이러한 극도의 정확도를 달성할 수 있는 것은 현재의 2세대 레이저 측정 장치뿐이며, 지금까지 약 100건의 블랙홀 또는 중성자별 충돌을 감지했습니다.
아인슈타인 망원경 스탈 교수는 독일 아인슈타인 망원경 커뮤니티의 회원이며 현재 차세대 중력파 검출기를 연구하고 있습니다. 이 3세대 측정 장치는 현재 사용되는 장치보다 10배 더 민감해야 합니다. 계획된 중력파 관측소는 일반 상대성 이론의 창시자의 이름을 따서 '아인슈타인 망원경'으로 명명되었습니다. “우리는 이를 사용하여 오늘날 우주에서 중력파에 대해 가능한 것보다 천 배 더 큰 영역을 조사하고 싶습니다. 그런 다음 현재 장비로는 충분히 민감하지 않은 훨씬 더 많은 광원을 찾아야 합니다.”라고 천체 물리학자는 설명합니다. 이는 더 낮은 주파수에서 중력파를 방출하는 무거운 물체에도 적용됩니다. 아인슈타인 망원경은 세 개의 중첩된 탐지기로 구성됩니다.
-이들 검출기 각각에는 10km 길이의 암을 갖춘 2개의 레이저 간섭계가 있습니다. 최대한 많은 간섭을 차단하기 위해 천문대는 지하 250m에 건설되어야 합니다. 그러나 과학자들은 이미 훨씬 더 먼 미래를 생각하고 있습니다. “아인슈타인 망원경은 라디오에서 감마선에 이르는 전자기 스펙트럼의 새롭고 혁신적인 세대의 관측소와 협력할 것입니다. 우리는 이것을 다중 메신저 천문학이라고 부릅니다.”라고 Stahl 교수는 비전을 설명합니다. “중력파를 감지하는 '귀' 외에도 매우 다양한 신호를 감지하는 '눈'도 갖게 될 것입니다. 이를 통해 이전에는 누구도 본 적이 없는 우주 사건을 실시간으로 전송하게 될 것입니다.” 지금까지는 무작위로 하늘을 바라보며 짧은 순간의 섬광을 기대할 수 있었습니다. 미래에는 중력파 탐지기가 지속적으로 작동하여 신호가 나타날 때 "수신"하게 됩니다.
-이러한 탐지기 여러 개가 신호를 포착하면 해당 신호의 원점 영역을 계산하고 다른 광학 망원경을 이에 맞춰 정렬할 수 있습니다. 2017년 여름 중성자별 충돌과 마찬가지로 몇 가지 체계적인 측정이 가능할 것입니다. 과학자들은 이를 통해 초기 우주나 철보다 무거운 모든 원소가 형성된 충돌에 대해 많은 새로운 통찰력을 얻기를 희망합니다. 유럽과 전 세계의 감지기 이러한 복잡한 측정에는 글로벌 협력이 필요합니다. 따라서 미국에서도 3세대 검출기의 개념 설계가 개발되고 있습니다. "Cosmic Explorer"는 Einstein Telescope와 글로벌 검출기 네트워크를 형성할 것입니다.
2021년 유럽은 Einstein Telescope를 유럽 연구 인프라 전략 포럼(ESFRI) 로드맵에 포함했습니다. ESFRI는 2002년에 설립되어 국가 정부, 과학계, 유럽 위원회가 공동으로 유럽의 연구 인프라 개념을 개발하고 지원할 수 있도록 했습니다. ESFRI 로드맵에 포함되면서 아인슈타인 망원경은 준비 단계에 들어섰습니다. 예산은 18억 유로로 추산되었습니다. 운영 비용은 연간 약 4,000만 유로로 예상됩니다. 건설은 2026년에 시작될 예정이며, 관측은 2035년에 시작될 예정입니다. 현재 부지를 선정하기 위한 연구가 진행 중입니다. 2024년에 결정이 내려질 예정입니다. 현재 두 개의 가능한 부지가 조사되고 있습니다.
하나는 사르데냐에 있고 다른 하나는 독일, 벨기에, 네덜란드의 국경 삼각 지대에 있는 에우레지오 뫼즈-라인에 있습니다. 부지를 평가할 때 연구 파트너는 건설의 타당성을 고려할 뿐만 아니라 지역 환경이 감지기의 감도와 작동에 영향을 미치는 정도도 예측해야 합니다. 이 프로젝트는 해당 지역에 여러 가지 혜택을 약속합니다. 18억 달러의 비용 중 상당 부분이 건설 조치에 사용됩니다.
3배 10km의 터널과 12배 10km의 진공 파이프가 필요합니다. 이는 두 가지 예일 뿐입니다. 상당수의 회사가 이미 이 프로젝트에 참여하고 있습니다. 대규모 팀이 이미 다양한 위치에서 실제 측정 장비를 작업하고 있습니다. 여기에는 RWTH Aachen University 외에도 아헨의 Fraunhofer 레이저 기술 연구소 ILT도 포함됩니다. 현재 그곳에서는 새로운 레이저가 개발되고 있는데, 이것이 없었다면 새로운 측정은 불가능했을 것입니다.
"아인슈타인 망원경에서 잠재적으로 사용하기 위해 여기서 개발 중인 것은 디자인이 독특하며 중력파 측정 전용입니다."라고 아인슈타인 망원경 커뮤니티의 연구 유닛 리더이자 연구 그룹을 대표하는 Fraunhofer ILT의 프로젝트 관리자 Patrick Baer가 확인했습니다. 프라운호퍼 레이저 기술 ILT 및 생산 기술 IPT 연구소, RWTH 아헨 대학교 레이저 기술 LLT 및 광학 시스템 기술 의장. 그러나 단순화된 버전에서는 이 응용 분야를 위해 개발된 레이저 기술이 양자 기술과 같은 다른 응용 분야에도 관심을 가질 수 있습니다. 그러나 얻은 지식은 의료 기술 분야의 레이저 개발에도 도움이 될 수 있습니다.
예를 들어 2μm의 파장은 신장 결석과 방광 결석을 분쇄하는 데 적합합니다." 궁극적으로 Fraunhofer ILT는 창립 이래로 연구를 통해 산업 응용 분야에 적합한 고급 레이저를 만드는 일을 해왔습니다. 아직 자금이 완전히 확보되지 않았습니다. Stahl 교수는 향후 2년 내에 최종 결정이 내려질 것으로 예상합니다. 먼저 계획자가 작업을 시작한 다음 터널 건설자, 마지막으로 레이저 물리학자가 작업을 시작합니다. “2035년에 첫 번째 측정이 가능할 것으로 예상됩니다.” 아힘 슈탈과 같은 연구자를 매료시키는 것은 무엇일까요? "중력파를 이용하면 일반 망원경보다
훨씬 더 멀리 우주를 들여다볼 수 있습니다." 천체물리학자가 설명합니다. "천체물리학에서 우주를 더 멀리 들여다보는 것은 무엇보다도 시간을 거슬러 올라가는 것을 의미합니다. 아인슈타인 망원경을 이용하면 은하와 최초의 별이 형성된 시기의 신호를 수신하게 됩니다.
광학적 수단으로는 불가능한 더 먼 과거로 거슬러 올라갑니다. 그리고 중력파와 함께 우주 폭발을 우리가 보기 전에 생생하게 들을 수 있을 것입니다." 아인슈타인 망원경의 더 민감한 감지기는 신호를 더 일찍 "듣고" 다른 망원경이 스스로를 정렬할 시간을 더 줍니다. 과거에는 그런 사건을 보는 것이 행운의 우연이었습니다. 이제 처음으로 체계적인 측정이 가능해졌습니다. 흥미로운 시대가 밝아오고 있습니다. 천체물리학자에게만 해당되는 것은 아닙니다.
이 작업은 Interreg EMR, 유럽 지역 개발 기금(EFRE)의 지원을 받았으며, 노르트라인베스트팔렌주 경제, 혁신, 디지털화, 에너지부의 지원도 받았습니다.
메모 2406161354
1.블랙홀과 중성자 별들끼리 충돌한다? 2.그 과정에서 중력파가 나타난다? 3.그파장은 원자크기의 흔들림이다?
아인슈타인 망원경은 지하 250미터 정도에 건설되고 있습니다. 3세대급이다. 각각 10km 길이의 3개 삼각형 터널에 간섭계를 설치해 초기 우주의 블랙홀 충돌을 측정할 예정이다.
지구반대편이나 달이나 화성에 그 역삼각형 간섭계를 만들면 성능은 수천억배된다. 4.5.달까지..6.7.화성까지..78세대급은 화성에서 유료파로 이여져 지구에 간섭계에 전달한다. 그렇게 하여 1,000세대급 qpeoms 아인쉬타인 간섭계를 향후 태양계 전역이 정복되면 10세기이내 건설이 가능할 수 있다. 물론 나의 즉흥적 방금 6호선 노인석 전철칸에서 생각해낸 착상이다. 허허. 그성능으로 다중우주의 어느 임의 우주의 빅뱅사건을 드려다볼 수 있다. 그런데 그런 지식이 왜 필요할까? 인간의 지적인 호기심 때문이여. 그걸 발견해야만 우리가 어디에서 왔는지 알수 있음이여.
Memo 2406161354
1.Black holes and neutron stars collide? 2. Do gravitational waves appear in the process? 3. That wavelength is atomic-sized shaking?
The Einstein Telescope is being built about 250 meters underground. It is 3rd generation level. Interferometers will be installed in three triangular tunnels, each 10 km long, to measure black hole collisions in the early universe.
If you build an inverted triangle interferometer on the other side of the Earth, on the Moon, or on Mars, its performance will increase by hundreds of billions of times. 4.5. To the Moon.. 6.7. To Mars.. 78 generation level is transmitted to the toll wave from Mars and transmitted to the Earth through an interferometer. In this way, it may be possible to construct a 1,000-generation Qpeoms Einstein interferometer within 10 centuries once the entire solar system i
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