“הזוכים בנובל לפיזיקה הופתעו בעצמם מעוצמת האות של אירוע גלי הכבידה הראשון”

כך אומר בראיון לאתר הידען פרופ’ אהוד נקר, שהיה פוסט דוקורנט במחלקה לאסטרופיזיקה תיאורטית בקאלטק שת’ורן הוא אחד מראשיה.” אין דבר יותר משמעותי מהיכולת לבחון חוקי טבע בסיסיים שלא היו נגישים לנו עד עכשיו”

“הזוכים בנובל לפיזיקה הופתעו בעצמם מעוצמת האות של אירוע גלי הכבידה הראשון, אבל גם לא היו מתייאשים אם לא היו מגלים בסבב התצפיות הנוכחי שום דבר. הדאגות היו מתחילות אם גם כאשר הגלאים יהיו בשיא רגישותם לא היה מתגלה דבר.” כך אומר בראיון לאתר הידען פרופ’ אהוד נקר מהחוג לפיזיקה ואסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב.

פרופ’ נקר חוקר את האותות שאנו עשויים לקבל באור הנראה מהתמזגות כוכבי ניוטרונים, או מכזו שאחד המעורבים בה הוא חור שחור והשני כוכב ניוטרונים. לפני כעשור שהה פרופ’ נקר ארבע שנים (2005-2008) במכון הטכנולוגי של קליפורניה (קאלטק) במהלך לימודי הבתר דוקוטרט שלו, ועבד כתאורטיקן במחלקה לאסטרופיזיקה תיאורטית שאחד מראשיה היה פרופ’ ת’ורן.

הרעיון של גלי כבידה כבר קיים 100 שנה. הפיזיקיאים הבינו שזו תוצאה בלתי נמנעת של תורת היחסות הכללית של איינשטיין. אלא שגלי הכבידה כה חלשים שהשפעתם כך חשב אפילו איינשטיין בעצמו, תהיה בלתי אפשרית לגילוי. לא כך חשב ריינר וייס מ-MIT, הזוכה למחצית מהפרס, שכתב מאמר תיאורטי בסוף שנות השבעים ובו תיאר כיצד צריך להיבנות גלאי שיזהה את גלי הכבידה. מאז, במשך כארבעים שנה, שלושת הזוכים ביחד עם רון דרבר (DREVER) שנפטר השנה, שכללו ושיפרו את גלאי LIGO ומדי פעם הריצו אותם בהרצות נסיון שבאחת מהן התגלתה התגלית.

קרינה אלקטרונמגנטית קל מאוד לגלות. היא מאוד חזקה וכל מכשיר שסביבנו מייצר ופולט אותה כל הזמן. לעומת זאת גלי כבידה מאוד חלשים. אמנם אנו חשים את הכבידה בכך שכדור הארץ מקיף את השמש, אבל כדי למדוד את גלי הכבידה צריך לקחת את השמש ולהאיץ אותה למהירות הקרובה למהירות האור. היקום לא מלא בשמשות המואצות למהירות האור אבל ישנם גופים כאלה שהם מספיק קומפקטיים כמו חורים שחורים או כוכבי ניוטרונים – כוכבים כמו מסת השמש שמרוכזים ברדיוס של 10 ק”מ ומבחינת צפיפות הם בדרגה פחותה מעט מחורים שחורים. בטבע כוכבים רבים מגיעים בזוגות וכך גם עשוי להתרחש במקרה של כוכבים קומפקטיים. כוכבים כאלה פולטים כל הזמן גלי כבידה שגורמים למסלול שלהם להתכווץ ולהתקרב זה לזה, עד שלבסוף הם מתמזגים.”

“ברגע שלפני המיזוג הם נעים קרוב למהירות האור. אז הם משגרים גלי כבידה חזקים לעומת מה ששיגרו קודם לכן אך עדיין מאוד חלשים אבל כמו שעשו זוכי הנובל, אם בונים את המכשירים בצורה הנכונה, ניתן לקלוט אותם.”

“שלושת הזוכים ועוד הרבה אנשים שלא זוכים להכרה היו בעלי חזון והם בנו את הגלאי בצורה שיטתית במשך 40 שנה שבמהלכן הוסיפו עוד ובנו עוד וכל כמה זמן ערכו תצפיות. הם ידעו שהגלאים צריכים להגיע לרמת רגישות מטורפת ואי אפשר לעשות זאת בבת אחת, הם בנו ושיפרו את הרגישות ותמיד היה ברור שהסיכוי שיראו משהו הוא קטן, כי אנחנו יכולים להעריך כמה אירועים קורים ביקום ובאיזה מרחק מאיתנו ומה הסיכוי לצפות בהם במשך שנה.”

וייס, נסיונאי מ MIT, תרם תרומה מכרעת לתכנון, מימון והקמת הניסוי ועל כך קיבל מחצית מהפרס.  קיפ ת’ורן הוא אסטרופיסיקאי תאורטי מקאלטק אשר החישובים התיאורטיים שלו ושל הקבוצה שהוביל צפו כיצד ייראה מיזוג של חורים שחורים. בארי באריש היה המנהל השני של LIGO, בשנות התשעים בתקופה שבה לא היה ברור ש-LIGO ימשיך להתקיים, כי כל התכנונים היו אז רק על הנייר. הוא הצליח להביא את הפרויקט ממצב של עתיד לא ברור, למצב שבו ב-2002 היה גלאי ראשוני שביצע מדידות. בנוסף לשלושת הזוכים, להצלחת הניסוי תרם תרומה הכרחית רון דרבר אשר נפטר השנה. דרבר, שהיה פיזיקאי נסיוני בקאלטק, הכניס שיפור לגלאים שבלעדיו הגילוי לא היה יכול להתרחש.

“כשהייתי בקלאטק בשנים 2005-2008 זו היתה הפעם הראשונה שהקבוצה הפעילה את הגרסה המלאה הראשונה של הגלאי. הם ערכו תצפיות במשך שנה וכצפוי לא ראו שום דבר, אבל הראו שהם יכולים להגיע לרגישות הנדרשת. במקביל למאמצים הנסיונאיים המרשימים, הם הרימו קבוצה של מעל אלף איש שעבדה על הנושא ובתוכה חוקרים המשתתפים במאמץ התאורטי הגדול: לחשב איך המיזוג של חורים שחורים אמור להיראות בנתוני התצפית. הסיבה היא שהאות כל כך חלש שצריכים לחפור בתוך הרעש כדי למצוא אותו, אבל הרבה יותר קל לגלות דברים כשיודעים מה מחפשים. בתחום זה לקיפ ת’ורן היתה תרומה נכבדה. הוא פיזיקאי תאורטי והקים קבוצות חוקרים חזקות בעיקר בקלטק ובקורנל כדי להבין איך ייראו גלי כבידה בנתוני התצפית. בסופו של דבר הסיגנל היה הרבה יותר חזק ולא היו צריכים לנבור בנתונים כדי למצוא אותו. זו היתה התנגשות בין שני חורים במסות של כ-30 מסות שמש כל אחד והאירוע היה כל כך חזק שנקלט בכדור הארץ כאשר גלי הכבידה נעו למרחק של 1.4 מיליארד שנות אור.”

לדברי פרופ’ נקר, ההרצה שבמהלכה התגלו גלי הכבידה בפברואר 2016 היתה עוד אחת מאותן הרצות נסיון, וכי הגלאי אמור להגיע לשיא רגישותו במהלך 2018. “הגלאי נבנה בראש ובראשונה לאתר התמזגויות בהם מעורבים זוג כוכבי ניוטרונים ולאו דווקא חורים שחורים. זאת משום שעד לפני הגילוי ידענו רק על קיומם של זוגות כוכבי ניוטרונים ורק את קצב ההתמזגות המשוער שלהם יכולנו להעריך במדויק. על קיומם של זוגות של חורים שחורים יכולנו רק לשאר.  לפני חודש הסתיימה ריצה  והמתקנים נכנסים למצב שיפורים למשך כשנה. גם אם לא היו מגלים בריצות של 2016 ו-2017 דבר עדיין היה למה לצפות. לעומת זאת אם גם ברגישות שתהיה לגלאי ב-2018 לא היה מתגלה דבר, היינו צריכים לחשוד שמשהו בידע שלנו בפיזיקה או באסטרופיזיקה שגוי, מה שכמובן לא קרה”

מה למדנו מהתגלית?

פרופ’ נקר: “זו הפעם הראשונה שמדדנו גלי כבידה. פתחנו למעשה חוש חדש ליקום. אם עד עכשיו חשנו את היקום באמצעות קרינה אלקטרומגנטית (כלומר שדות חשמליים) וניוטרינו שהם חלקיקים שנמדדים רק באמצעות ההכוח החלש. מדידה של גלי כבידה מהווה חוש חדש להכרת היקום. זה פותח פתח לתגליות הרבה יותר גדולות.

מבחינת הפיזיקה, זה אישוש נוסף לנכונות של תורת היחסות הכללית של איינשטיין, וגם (עד כמה שזה נשמע מפתיע א.ב.) אחת העדויות הטובות ביותר אם לא הטובה ביותר לקיומם של חורים שחורים. מכיוון שכל תורה פיזיקלית ניתן לבדוק בדרך ניסיונית הנגישה לנו ואיננו יכולים לדעת אם אותה תורה תהיה תקפה גם בתחומים שלא בדקנו, לא יכולנו עד היום לבחון תורת היחסות הכללית  בתחום של כבידה חזקה אלא רק השפעה של כבידה חלשה,  כמו למשל זו של כדור הארץ או השמש. בסביבת חורים שחורים שם הכבידה מאוד חזקה, אנחנו אפילו לא יודעים אם היחסות הכללית עובדת או לא. גילוי גלי הכבידה מאפשר לנו לבחון את תורת היחסות הכללית בתחום חדש שלא היה נגיש לנו לפני זה.

“אין דבר יותר משמעותי מהיכולת לבחון חוקי טבע בסיסיים שלא היו נגישים לנו עכשיו.” מדגיש פרופ’ נקר.

“גלי כבידה מעוותים את הזמן והמרחב. כשגל כבידה עובר דרך כדור הארץ הסרגל יתקצר ויתארך כשהגל עובר דרכו. אם מציבים סרגלים מוטים בתשעים מעלות, כאשר אחד הסרגלים יתארך השני יתכווץ ולהפך, על עקרון זה עובדים הגלאים. הבעיה היא שההבדלים הם בסדר גודל של אטום על מרחקים של מיליוני קילומטרים רבים, וכל משאית שעוברת ליד הגלאי עשויה לגרום להתראת שווא.”

“לכן נדרשו כל כך הרבה שנים לבנות את הגלאים. כמות המחשבה שהוכנסה כדי להצליח לבנות גלאים כאלה הוא מדהים. שלושת הזוכים הם אלו שניצחו על המלאכה. הם היו החוזים, ההוגים המקימים המתכננים מדעית והמנצחים על המקהלה.” מסכם פרופ’ נקר.”

ראו עוד בנושא באתר הידען:

• לידיעה הראשונית על הענקת פרס נובל לפיזיקה 2017 למגלי גלי הכבידה
• שיתוף פעולה בין שלושה מצפים הביא לגילוי נוסף של גלי כבידה (ספטמבר 2017)
• גלאי חדש יקבע את מקורם של גלי כבידה
• הוכחה לתורת היחסות הכללית של איינשטיין: “גילוי גלי הכבידה פותח לנו חלון חדש ליקום”
• עדויות ראשונות לגילוי גלי כבידה
• הטעויות של איינשטיין
• גלי הכבידה: התגלית החשובה ביותר של 2016 לפי עורכי המגזין סיינס
• התגלה אירוע שלישי של גלי כבידה; מאשר את קיומו של סוג חדש של חורים שחורים