ניתוח גלי כבידה רומז על דרך היווצרותם של צמדי חורים שחורים
תנועתן של מסות ביקום, כגון כוכבים במסלולם, מעוררת מעין אדוות של גלי כבידה – תופעה שחזה אלברט איינשטיין כבר ב-1916, עם פיתוח תורת היחסות הכללית. הגילוי הישיר הראשון של גלי כבידה התרחש ב-2015 והיה אחד האישושים החשובים של תורת היחסות הכללית; הגלים נקלטו בגלאים כחלק ממחקר בין-לאומי לגילוי גלי כבידה, לאחר פיתוח טכנולוגי שנמשך יותר מ-25 שנה.
לפי תורת היחסות הכללית, גלי כבידה נוצרים מתנועה מהירה מאוד של מערכות קרובות בשדה הכבידה, כגון כוכבים, חורים שחורים וכוכבי נויטרונים (כוכבים דחוסים, שעשויים ברובם מנויטרונים). מערכות אלה מייצרות תוך כדי הקפתן ההדדית, גלי כבידה חזקים שאפשר למדוד אותם ממרחק של מיליארדי שנות אור, באמצעות גלאים רגישים מאוד.
ד”ר ברק זכאי מהמחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה במכון ויצמן למדע, חוקר תופעות אסטרופיזיקליות בכלים סטטיסטיים ואלגוריתמים. “גלי כבידה הם עוד דרך להסתכל על היקום”, הוא אומר. “הם נוצרים מתהליכים קיצוניים כגון התמזגות של חורים שחורים או כוכבי נויטרונים. בתהליכים אלו, פליטת האנרגיה בגלי הכבידה כה חזקה, עד שהיא גורמת להתקרבות מהירה של החורים השחורים זה לזה. לבסוף, הם פוגעים האחד בשני, במהירות השווה לכמחצית ממהירות האור. כתוצאה מכך, הם מתמזגים ומשחררים גלי כבידה בכמות אדירה. בנוסף, גלי הכבידה חודרים דרך הכל, אין שום עצם שיכול לבלוע או להסיט אותם, והם לא מוסתרים על ידי אבק או גזים. בקיצור, הם מאירים לנו את היקום באור אחר ובאמצעותם אפשר לפענח תופעות כגון היווצרות של זוגות חורים שחורים ושל היסודות הכבדים. הקלטת ומדידת האותות של גלי הכבידה בגלאים חדשניים ובחינת המורפולוגיה, האורך והתדר שלהם מגלות לנו תשובות לתעלומות שונות”.
במחקריהם מנתחים ד”ר זכאי וצוותו מידע שהופק בגלאי בשם LIGO באמצעות אלגוריתמים מתקדמים. כך הם מגלים גלי כבידה שאינם מתגלים בדרך כלל בשל הרעש שבמכשירים. “גילוי גלי כבידה מחייב ידע מדויק ומהימן על תכונות הרעש המשתנות במכשיר, והאלגוריתמים שאנו מפתחים מצליחים לאתר אותות חלשים דרך הרעש. כך מצאנו תיקון מתמטי שמבטל את אפקט השינוי בתכונות הסטטיסטיות של הרעש, דבר שמאפשר לגלות גלי כבידה נוספים”.
במחקרם האחרון, שזכה במענק מהקרן הלאומית למדע, ביקשו החוקרים ללמוד על ההיווצרות של זוגות חורים שחורים, האופן שבו הם מתקרבים זה לזה, מתנגשים ומתמזגים. “הסיבוב של החורים השחורים גורם לאותות של גלי הכבידה להיות עשירים יותר מבחינה מורפולוגית, עקב שינויים מחזוריים במישור התנועה שלהם. כדי לגלות ולמדוד את התופעות האלה, אנחנו מחפשים ומנתחים את המידע שהוקלט ונצפה באמצעות כלים סטטיסטיים ואלגוריתמים חדשניים שאנחנו מפתחים”, מסביר ד”ר זכאי.
בהתבסס על ניתוח אותות גלי הכבידה שעשו במחקרם האחרון, העלו החוקרים השערה, כי זוגות חורים שחורים רבים נוצרו בתוך צבירים (מצבור) של מיליוני כוכבים. שם, בעקבות אינטראקציה של שלשות כוכבים, הצליחו להתנגש ולהתמזג. “אם זוגות החורים השחורים אכן נוצרים בדרך זו, אנו משערים שהמסה שלהם דומה למסה של חור שחור בודד שנוצר לאחר מות כוכב, ושהכיוון (סיבוב) של כל אחד מהם אקראי אחד ביחס לשני ולמישור התנועה. מדובר בתופעות שעדיין אינן ידועות ביקום המוכר”, מסכם ד”ר זכאי.
החיים עצמם:
ד”ר ברק זכאי, 35, נשוי + שלושה ילדים, מתגורר ברחובות. בזמנו הפנוי אוהב לשחק שחמט ואולטימייט פריזבי.
עוד בנושא באתר הידען:
- אסטרופיזיקאים מנבאים חוזק של גלי כבידה ממיזוג של חורים שחורים על מסיביים
- שני אירועי גלי כבידה בתוך 10 ימים: התגלו חורים שחורים שאוכלים כוכבי נייטרונים – “כמו פק-מן”
- חוקרים זיהו בדיעבד עוד אירוע של גלי כבידה מהתנגשות כוכבי ניוטרונים
- לראשונה התגלו גלי כבידה וגלי אור מאותו אירוע – התמזגות שני כוכבי ניטרונים
- “עם שידרוג LIGO נוכל לגלות עשרות אירוע גלי כבידה בשנה”
