לראשונה התגלו גלי כבידה וגלי אור מאותו אירוע – התמזגות שני כוכבי ניטרונים

באופן חסר תקדים מתפרסמים היום עשרות מחקרים, רבים מהם בכתבי העת Nature ו-Science, המנתחים את האירוע האסטרונומי, חלקם בהובלה של מדענים מאוניברסיטת תל אביב. ביניהם: איתור הגלקסיה בה התרחש המיזוג, במרחק 120 מיליון שנות אור מאתנו, הבנת תהליכי הפיצוץ, וזיהוי אירועים כאלה כמקור למגוון מתכות כבדות המצויות על פני כדור הארץ – ביניהן זהב ואורניום.

ראו ידיעה נוספת בנושא: לראשונה נצפו התנגשות ומיזוג של שני כוכבי ניטרונים

תגלית מיום ה-17.8.17 מכה גלים בקהילה המדעית בכל העולם: שני הגלאים של פרויקט אמריקאי המכונה LIGO וגלאי אירופי בשם Virgo קלטו גלי כבידה מאירוע של התמזגות שני כוכבי נויטרונים אי-שם ביקום, ובמקביל נצפה הפיצוץ האדיר בעזרת מגוון גדול של טלסקופים על כדור הארץ ובחלל. התגלית איששה תגלית מרעישה קודמת, מספטמבר 2016, שבה נקלטו לראשונה בהיסטוריה גלי כבידה מהתמזגות שני חורים שחורים, אך שם ללא פיצוץ נראה.

“קיומם של גלי כבידה נחזה על ידי אלברט איינשטיין לפני כמאה שנה, במסגרת תורת היחסות הכללית,” מסביר פרופ’ אהוד נקר מהחוג לאסטרופיזיקה בבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב. “מדובר בגלים הנוצרים ומתפשטים ביקום בעקבות אירוע אלים במיוחד: התמזגות של שני גופים בעלי מאסה וצפיפות עצומות, בעיקר חורים שחורים וכוכבי נויטרונים, שנעים זה סביב זה במהירות המתקרבת למהירות האור. מאז שנות ה-70 עמלים מדענים על תכנון ובניית גלאים שיהיו רגישים דיים כדי לקלוט את הגלים, שעוצמתם חלשה ביותר. בשנה האחרונה סוף סוף עלה הדבר בידי צוות בארה”ב, שזכו השנה בפרס נובל על תגליתם.”

פרופ’ דובי פוזננסקי, אף הוא אסטרונום מאוניברסיטת תל אביב, מוסיף: “קשה להפריז בחשיבות גילויים של גלי הכבידה ושל קרינה בו זמנית. זו תגלית שפותחת עידן חדש בחקר היקום. עד לאחרונה היה באפשרותנו להתבונן ביקום כמעט אך ורק באמצעות גלי האור המגיעים אלינו  ­- חוש הראיה. היכולת לקלוט גם גלי כבידה היא אנאלוגית לחוש המישוש. היום יש לנו את היכולת לחקור את היקום באמצעות שילובם של שני החושים. לראות ולמשש בו זמנית.״

הקהילה האסטרונומית מתכוננת ליום הזה כבר כמה שנים, ומיד עם היוודע דבר גילוים של גלי כבידה מאירוע של התמזגות כוכבי נויטרונים, הופנו מרבית הטלסקופים, על פני כדור הארץ ובחלל, אל האזור הכללי ממנו הגיעו הגלים, במטרה למצוא את הפיצוץ הנלווה על ידי מדידות של הקרינה אלקטרומגנטית – מקרינת גאמה, דרך אור נראה, ועד גלי רדיו (זאת בניגוד לגילוי הראשון של גלי כבידה, לפני כשנה, שמקורו בהתמזגות שני חורים שחורים, אשר ככל הנראה אינם פולטים כלל קרינה אלקטרומגנטית). מדענים מאוניברסיטת תל אביב מובילים חלק נכבד מהמאמץ, הן התצפיתי, והן התאורטי –  ניתוח התצפיות ופענוחן.

בסרטון: שני הכוכבים סובבים זה סביב זה במעגלים שהולכים וקטנים בהדרגה. כשהמרחק ביניהם כבר קטן מאוד, הם מסתובבים מאות סיבובים בשנייה, עד שלבסוף הם מתנגשים בפיצוץ אדיר. ההתנגשות משחררת סילוני חלקיקים רבי עוצמה, ויוצרת גלי כבידה המתפשטים אל מרחבי היקום במהירות האור. כמו כן משתחררת מהאירוע קרינה אלקטרומגנטית בכל אורכי הגל, שנקלטת ונלמדת על ידי אסטרונומים על פני כדור הארץ. 

ד”ר יאיר הרכבי, שנמצא כיום בהשתלמות באוניברסיטת סנטה ברברה בקליפורניה, ועתיד להצטרף בקרוב לחוג לאסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב, הוביל את אחת הקבוצות שאיתרה את מיקומו המדויק של האירוע:  גלקסיה בשם NGC4993, שנמצאת ‘בשכונה שלנו’ ביקום – ‘רק’ כ-120 מיליון שנות אור מכדור הארץ. למחקר זה, שמתפרסם היום בכתב העת ‘Nature שותפים גם פרופ’ דובי פוזננסקי פרופ’ דן מעוז מאוניברסיטת תל אביב ותלמידיהם. “כשהפנינו את הטלסקופ אל אזור האירוע, גילינו עצם שדעך בבהירותו פי 100 בכמה ימים, ומהר מאד הפך מכחול לאדום,” אומר ד”ר הרכבי. “התנהגות זו אינה דומה לשום דבר שאנחנו מכירים. בזכות רשת הטלסקופים שלנו ב-Las Cumbres Observatory  שפרוסה מסביב לעולם, יכולנו לעקוב אחר ההשתנות המהירה של העצם כל כמה שעות, ולחזות בדעיכתו המהירה בזמן אמת. הנתונים שאספנו ילמדו אותנו על התהליכים שמתרחשים בהתמזגות כוכבי נויטרונים ועל חשיבותם ביצירת החומרים שמרכיבים את היקום שלנו.״

מה מקור הזהב ביקום

פרופ’ אהוד נקר ותלמיד המחקר אור גוטליב, אף הם מאוניברסיטת תל אביב, מובילים את הניתוח התאורטי עבור קבוצה נוספת של מדענים בהובלת חוקרים מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech). ״מזה מספר שנים אנחנו מפתחים תחזיות תאורטיות כיצד יראה הפיצוץ ממיזוג כוכבי נויטרונים בכל אורכי הגל,” אומר פרופ’ נקר. “כפי שקורה לא פעם, הטבע יצירתי מאתנו, ולצד תחזיות שלנו שהתממשו יפה, למשל בתחום הרדיו, ישנם בפיצוץ מאפיינים מפתיעים ונדרשת עוד עבודה על מנת להבינם,״ אומר פרופ׳ נקר. “אחת התוצאות המעניינות שעולות מניתוח התצפיות היא היסודות מהם מורכב החומר שהועף בפיצוץ. עד לגילוי הזה, לא ידענו מתי והיכן ביקום נוצרים כחצי מהיסודות שכבדים מברזל, על אף חשיבותם בחיינו. היום, לאור התצפיות, אנחנו יכולים כמעט בוודאות לומר שעיקר הזהב ביקום, כולל טבעת הנישואין שלי, מקורו במיזוגים של כוכבי נויטרונים. כך גם לגבי אורניום למשל, ומתכות רבות אחרות״. למחקר זה שותפים גם פרופ׳ צבי פירן וד״ר אסף חורש מהאוניברסיטה העברית, ופרופ׳ ערן אופק ממכון ויצמן, והוא מתפרסם היום בסדרת מאמרים בכתב העת Science.

“אין לנו ספק שזו רק ההתחלה,” מסכם פרופ’ דן מעוז. “היכולת לגלות אור וגלי כבידה ביחד מבשרת על עידן חדש באסטרונומיה, ואנחנו מצפים להרבה תגליות מפתיעות בשנים הקרובות.”

ראו עוד בנושא באתר הידען:

• אינשטיין – האיש שהחל להוציא אותנו מהמטריקס: יש גלי כבידה!
• פרס נובל לפיזיקה למגלי גלי הכבידה
• “הזוכים בנובל לפיזיקה הופתעו בעצמם מעוצמת האות של אירוע גלי הכבידה הראשון”
• שיתוף פעולה בין שלושה מצפים הביא לגילוי נוסף של גלי כבידה
• גלאי חדש יקבע את מקורם של גלי כבידה
• התגלה אירוע שלישי של גלי כבידה; מאשר את קיומו של סוג חדש של חורים שחורים
• הוכחה לתורת היחסות הכללית של איינשטיין: “גילוי גלי הכבידה פותח לנו חלון חדש ליקום”