מתקן באיטליה יצטרף בקרוב לשני גלאים בארה”ב ויחד יוכלו אולי לפתור את תעלומת מקורם של גלי הכבידה
מאת קתרין רייט, הכתבה מתפרסמת באישור סיינטיפיק אמריקן ישראל ורשת אורט ישראל 28.05.2017
גלי כבידה זוהו לראשונה באמצעות גלאי בספטמבר 2015, כשכמה מהם חצו את כדור הארץ. שני גלאים רגישים ביותר, אחד במדינת וושינגטון ואחד בלואיזיאנה, קלטו עיוותים במרחב־זמן שנבעו במקרה זה מהתמזגות של שני חורים שחורים. כשהמדענים האחראים על הגלאים, הקרויים מצפֶי גלי הכבידה באמצעות אינְטֶרפֶרוֹמֶטְרִיַית לייזר (LIGO), הכריזו על הממצא כעבור חמישה חודשים, בפברואר 2016, עורר הדבר התרגשות בין־לאומית והיה לידיעה החשובה ביותר בעולם הפיזיקה ב-2016. הפיזיקאים מחפשים זה עשרות שנים ראיות ישירות לגלי כבידה, שאת קיומם חזה לראשונה אלברט איינשטיין ב-1916.
זאת אמנם פריצת דרך מרשימה, אבל היא משאירה כמה שאלות מרכזיות בלי תשובה. והחשובה שבהן: היכן היה מקור הגלים? אם הכול יפעל כמתוכנן, יוכלו בקרוב מדענים להתמודד עם הסוגיה הזאת בגילוייהם העתידיים.
באביב 2017 פיזיקאים מתכננים לשוב ולהפעיל גלאי גלי כבידה שלישי, וירגו שמו, הממוקם על יד פיזה שבאיטליה. וירגו היה מושבת לצורך שדרוג כשגלאי LIGO קלטו את שני האותות הראשונים בספטמבר 2015. כששלושת המכשירים הענקיים האלה יעבדו יחד, המדענים מקווים לשפר במידה ניכרת את היכולת לקבוע מהיכן מגיעים גלי הכבידה. תגובה מהירה ל”פגיעה משולשת”, שבה אותם גלי כבידה יגרמו לעיוותים בכל שלושת הגלאים, תוכל לאפשר לטלסקופים קרקעיים להתמקד באזור בשמים שגלאי LIGO יגדירו באמצעות טריאנגולציה, ואולי לאתר את התנגשויות שמהן נובעים הגלים.
גלאי גלי כבידה, שצורתו כצורת ר’ ענקית בעל זרועות שאורכן כמה קילומטרים, קולט עיוותים במרחב־זמן כשהגלים משנים את אורכה של אחת הזרועות שינוי ששיעורו קטן מקוטרו של פרוטון. אבל כשגלאי בעל רגישות גבוהה כזאת פועל לבדו, אי אפשר לשלול תנודות שמקורן בכדור הארץ. כל גלאי משגיח על נתח עצום של היקום: שדה הראייה שלו מכסה יותר מ-40% מן הרקיע המקיף את כדור הארץ, בערך פיסת השמים שאדם העומד בלב המדבר רואה כשהוא מסתובב סביב עצמו. נסו לבודד אפילו כוכב קלוש אחד בתוך כל זה.
לגישת הצמד של LIGO חשיבות מכרעת גם מסיבה אחרת. גל כבידה נע במהירות האור, אבל אם הוא אינו פוגע במקרה בשני הגלאים באופן חזיתי לגמרי, יש הפרש של כמה אלפיות השנייה בזמנים שבהם שני הגלאים רושמים את ההפרעה. על ידי מדידת ההפרש הזה יכולים המדענים לחשב את כיוון הפגיעה, להתחקות אחר מקורה בשמים ולצמצם כך את מקור הגלים לאזור קטן באופן יחסי. בגילוי של 2015, אזור זה היה בגודל של כ-2% מן הרקיע. זאת עדיין פיסת יקום ענקית שיש לסרוק אותה בחיפוש אחר מאורע המקור.
וכאן נכנס לתמונה וירגו המתקדם, Advanced Virgo. לפני שדרוגו, הוא לא היה רגיש דיו לגילוי גלי כבידה, אפילו כאלה שהאנרגיה שלהם גבוהה ביותר. מראות, משאבות ריק ולייזרים חדשים, המשמשים למדידת שינויים מזעריים באורך זרועות המתקן, הותקנו כדי לחדד את רגישותו. המערכות האלקטרוניות שלו עברו שיפוץ כולל. התקנת החומרה החדשה הושלמה, וכעת נעשות בו התאמות להסרת תנודות מקומיות שאינן קשורות לגלי כבידה ועלולות לטשטש אותות אמיתיים שיגיעו אליו. אנשי הצוות עושים לילות כימים להכנת וירגו לפעולה לפני בוא הקיץ, שאז, על פי התכנון, יכבו את גלאי LIGO כדי לשדרג גם אותם. [עקב תקלות של הרגע האחרון, ייתכן עיכוב של שנה – העורכים]
כשווירגו המתקדם יחל לפעול, שטח השמים שבו עשוי להימצא המקור של גל כבידה יצטמק פי חמישה, אומר פולביו ריצ’י, דובר וירגו ופיזיקאי מאוניברסיטת ספיאנזה ברומא. לעידו ברגר, אסטרופיזיקאי מאוניברסיטת הרווארד, המשתמש בטלסקופים לחקר האירועים ש-LIGO ווירגו מגלים, יש גרסה משלו באשר לשיפור הזה. “על ידי הוספה של גלאי שלישי לרשת, המיקום אמור להשתפר במידה ניכרת, ולהקטין את בעיית גילוי [המקור] מדבר איום ונורא לדבר שהוא רק נורא,” הוא אומר.
ובכל זאת, אי אפשר להתכחש להזדמנויות הצפויות לאסטרופיזיקאים. התנגשויות של חורים שחורים אינן המאורעות היחידים שבכוחם לעקם את המרחב־זמן. ושלא כמו חורים שחורים, כמה מן המאורעות האחרים אמורים לפלוט גם אור וקרינה אלקטרומגנטית אחרת שאפשר לקלוט בטלסקופים. אפשר להעלות על הדעת צפייה בתוצאותיה של סופרנובה או בפרצי קרינה באנרגיה גבוהה הנפלטים מסביבת אופק המאורעות של חורים שחורים מתמזגים או אולי בראיות אופטיות כלשהן להתנגשות של שני כוכבי נויטרונים או של כוכב נויטרונים שנלכד בלוע הכבידה של חור שחור. גלאים של גלי כבידה עדיין לא קלטו את האדוות הנוצרות במאורעות כאלה, ולכן ברגר ופיזיקאים אחרים עומדים הכן לרגע שהם יקלטו: אז הם יכוונו את הטלסקופים שלהם לאזור ששלושת הגלאים, ולא רק שניים, יגדירו להם. המיקום המדויק בשמים יאפשר גם לטלסקופים קטנים יותר להשתתף בחיפוש ולקלוט את שפע הקרינה הנפלטת מאירועים אלה.
התכנית הראשונית היא להפעיל את שלושת הגלאים יחד במשך חודש לפחות. יש סיכוי טוב שחודש הוא פרק זמן ארוך דיו לקליטה של גלים ממיזוג של חורים שחורים, אם לא ממאורעות אחרים, נדירים יותר. שיתוף הפעולה אולי יניע את מפעילי LIGO ואת מפעילי וירגו לשקול את הארכת ההרצה, אומר ב’ ס’ סאתיאפרקאש, פיזיקאי מן האוניברסיטה של מדינת פנסילבניה וחבר בצוות LIGO. “התכנית אולי תשתנה אם אנשים יתלהבו,” הוא אומר. זה מבשר טובות לאסטרופיזיקה.
לקריאה נוספת
