אדוות בזמן: מדוע גילוי גלי הכבידה כה חשוב

גלאים בארה"ב מספקים עדות ראשונה לקיום תופעה שאיינשטיין חזה לפני כ-100 שנים. כיצד היא עשויה להשפיע על מה שאנחנו יודעים על היקום?

11.02.2016

איור המדמה גלי כבידה | קרדיט: NASA

"אנו פותחים צוהר חדש ליקום", הכריז הערב (חמישי) פרופ' דייויד רייצה (Reitze), מנהל גלאי LIGO בארה"ב. "הגילוי שלנו פותח פתח לאסטרונומיה חדשה לגמרי ויאפשר לנו לראות דברים שלא ראינו עד כה". הגילוי המסעיר שעליו דיברו רייצה וחוקרים אחרים בהתרגשות רבה הוא הוכחת קיומם של גלי הכבידה, בתום מסע חיפוש של עשרות שנים והשקעה של מאות מיליוני דולרים.

כמו דגים במים

כמו תופעות רבות אחרות, גם את גלי הכבידה חזה אלברט איינשטיין בתורת היחסות הכללית שפרסם לפני כ-100 שנה. איינשטיין קבע כי היקום הוא מארג של מרחב-זמן, שגופים גדולים הנעים בו מעקמים אותו, ומושכים אליהם גופים קטנים יותר. הכוח הפועל בין הגופים הוא כוח הכבידה, וכל גוף שנע במרחב זמן יוצר מעין גלים קטנים, כלומר הפרעות במארג הזה. אפשר לדמות את זה למה שמתרחש בתוך הים. דג קטן ששוחה במים יוצר סביבו אדוות קטנות, ואילו לווייתן גדול גורם לתנודות עזות במים, המורגשות גם במרחק גדול יחסית. באופן דומה, ככל שגרם שמימי הוא גדול וכבד יותר, כך הוא יוצר הפרעה גדולה יותר במרחב-זמן, כלומר – גלי כבידה חזקים יותר.

כשמדענים התחילו לחשוב על מדידה של גלי כבידה, התברר שמדובר בעניין מסובך ביותר. כוח הכבידה אמנם מושל בחיינו, אך הוא חלש מאוד ביחס לכוחות פיזיקליים אחרים; הגלים האלה חלשים יחסית, וגם דועכים ככל שהם מתרחקים ממקורם. משנות ה- 60 נעשו כמה וכמה נסיונות לבנות גלאים של גלי כבידה, המבוססים על עקרון התהודה. לכל גוף בטבע יש תדירות עצמית, ואם פוגע בו גל בתדירות הזו, הם מתאבכים ומגבירים זה את זה. הגלאים תוכננו כך שגל כבידה בתדירות מתאימה יגרום להגברה כזו, וכך יתגלה. אולם הגלאים האלה לא הצליחו לחשוף את גלי הכבידה, והיו רגישים מאוד לרעשים חיצוניים – אפילו מכונית שחלפה במרחק קילומטרים מהגלאי היתה עלולה להפעילו.

גלאי LIGO מתעורר

בתחילת העשור שעבר התחיל לפעול בארה"ב גלאי LIGO, לחיפוש גלי כבידה בשיטה אחרת. במתקן הזה משגרים שתי קרני לייזר למרחק גדול, ומחזירים אותן אל גלאי סמוך למקום הפיצול. אם גל כבידה פוגע באחת הקרניים, הוא יעכב אותה מעט, וכך הפרש של שבריר שניה בין חזרת הקרניים אל הגלאי, עשוי להעיד על גל כבידה שעבר באזור. מובן שבפועל הדבר מורכב מאוד. גל כבידה יגרום רק הפרעה זעירה בקרן, וקשה מאוד להבחין בינה לבין רעשים חיצוניים. כדי להפחית את הסיכון לטעות, ניסו מדענים לחשב בעזרת מחשבי-על את חתימת הקרינה שייצרו אירועים קוסמיים שונים, כאלה העשויים לחולל גלי כבידה חזקים במיוחד.

ב-14.9.2015 נקלט אות בגלאי LIGO בלואיזיאנה, וכעבור כמה אלפיות השנייה נקלט אות כמעט זהה בגלאי המקביל במדינת וושינגטון. סמיכות האותות והדמיון ביניהם העלו מייד את החשד שמדובר בגל כבידה אמיתי. הפרש הזמנים בין המדידות גם איפשר למדענים לזהות את הכיוון שהגל הגיע ממנו ואת המרחק.

כאן נכנסו לתמונה התחזיות שהוכנו מראש. בעזרת אפיון העוצמה והתבנית של הגל, הסיקו החוקרים כי האירוע שחולל את הגלים היה התמזגות של שני חורים שחורים במרחק של 1.3 מיליארד שנות אור מאיתנו. שני החורים השחורים – כל אחד מהם כבד פי 30 בערך מהשמש שלנו - חגו זה סביב זה קרוב יותר ויותר, עד שהתמזגו בהתנגשות אדירה. הגלים שיצאו לדרכם כשהחיים על כדור הארץ היו רק בראשיתם, הגיעו אלינו אחרי 1.3 מיליארד שנים ונקלטו בגלאים לפני כחצי שנה. מאז שקדו מדענים רבים על פענוח הנתונים ובדיקתם שוב ושוב, בטרם פרסמו אותם הערב, לאחר שהתקבלו לפרסום בכתב העת Physical Review Letters.

הוכחת קיומם של גלי הכבידה היא סיומו של מסע בן יותר מ- 100 שנים, ובה בעת גם תחילתו של מסע חדש. היכולת למדוד את הגלים האלה, תספק למדענים אפשרות לבחון מזווית חדשה גורמים קוסמיים שאינם פולטים קרינה אלקטרו-מגנטית רבה, כמו חורים שחורים וכוכבי נייטרונים. לשם כך, כבר נמצאים בשלבי פיתוח עוד כמה גלאים שיאפשרו לזהות מנעד רחב יותר של גלי כבידה. אך מעבר לתועלת הישירה לאסטרופיזיקה, מאחורי הגילוי מסתתרת תקווה גדולה עוד יותר. החוקרים מייחלים שהבנה טובה יותר של הכבידה תאפשר סוף סוף לפתח תיאוריה מאוחדת, הכוללת בתוכה את כל הכוחות הפיזיקליים, ולא משאירה בחוץ את הכבידה כמו התיאוריות הקיימות. תיאוריה מאוחדת כזו אפילו איינשטיין לא הצליח לגבש, אבל אולי מימוש החזון שלו יקרב את המדענים צעד נוסף לקראת הגשמת החלום הזה.

תגיות:

חור שחור