מהם גלי כבידה?
גלי כבידה הם שינויים בשדה הכבידה שמתפשטים
גל כבידה מקוטב
בתורת היחסות הכללית, כמו גם ברוב המודרניים האחרים מצביעים על כך שגלי כבידה מופיעים מתנועה של גופים מסיביים בעלי תאוצה משתנה. גלי כבידה מתפשטים בחופשיות בחלל במהירות האור. הם קטנים מאוד בגודלם וקשים לרישום.
גלי כבידה התגלו לראשונהבספטמבר 2015, שני גלאים תאומים של מצפה הכוכבים LIGO, שזיהו גלי כבידה ככל הנראה כתוצאה ממיזוג של שני חורים שחורים והיווצרות של חור שחור מסתובב מסיבי אחד נוסף.
כל כוכב כפול כאשר מרכיביו מסתובביםסביב מרכז מסה משותף הוא מאבד אנרגיה (כפי שהנחה - עקב קרינת גלי כבידה) ולבסוף מתמזג יחד. אבל עבור כוכבים כפולים רגילים, לא קומפקטיים, התהליך הזה לוקח הרבה זמן, הרבה יותר מהגיל הנוכחי של היקום.
אם המערכת הקומפקטית הכפולה מורכבת מזוגות של כוכבי נויטרונים, חורים שחורים, או שילוב של שניהם, המיזוג יכול להתרחש בעוד כמה מיליוני שנים. בהתחלה, האובייקטים מתקרבים זה לזה, ותקופת המסלול שלהם פוחתת. ואז, בשלב הסופי, יש התנגשות וקריסת גרביטציה א-סימטרית. תהליך זה נמשך שבריר שנייה, ובמהלך זמן זה אנרגיה משתחררת לקרינת כוח המשיכה, שלפי הערכות מסוימות היא יותר מ- 50% ממסת המערכת.
כיצד נמצאים גלי כבידה?
די קשה לזהות גלי כבידה בגלל חולשתם. המכשירים לרישום שלהם הם גלאי גלי כבידה. ניסיונות גילוי נעשו מאז סוף שנות ה-60.
גלי כבידה בעלי משרעת ניתנת לזיהוינולדים במהלך קריסת דופק כפול. אירועים דומים מתרחשים בסביבת הגלקסיה שלנו בערך אחת לעשור. המקורות החזקים והשכיחים ביותר של גלי כבידה עבור טלסקופים ואנטנות כבידה הם קטסטרופות הקשורות לקריסת מערכות בינאריות בגלקסיות סמוכות. צפוי כי בעתיד הקרוב יתועדו מספר אירועים דומים בשנה על גלאי כבידה משופרים, שיעוותו את המטרי בסביבת כדור הארץ ב-10−21-10−23.
שני גופים הנעים במסלולים מעגליים סביב מרכז מסה משותף
דרכים חדשות לאיתור גלי כבידה
בשנת 2017, מדענים שערכו ניסוי תחתמצפה הכבשים לייזר אינטרפרומטרי (LIGO), זכה בפרס נובל לפיזיקה על גילוי ישיר ראשון אי פעם של גלי כבידה המיוצרים על ידי מיזוג של שני חורים שחורים במרחק של כ -1.3 מיליארד שנות אור מכדור הארץ. הגלים שנוצרו מהתנגשות זו הפרו את רקע גל הכבידה של היקום והגיעו לכדור הארץ.
בנוסף להפרעות חזקות חד פעמיות כאלה,אשר אסטרופיסיקאים כבר למדו לתקן, יש מה שנקרא רקע של גלי כבידה - זרימה מתמדת של קרינת כבידה, שלפי התיאוריה שוטפת את כדור הארץ ללא הרף.
הזדמנות נוספת לזהות את הרקעגלי הכבידה הממלאים את היקום הוא תזמון מדויק של פולסים רחוקים - ניתוח זמן הגעת הפולסים שלהם, המשתנים באופן אופייני תחת פעולת גלי הכבידה העוברים בחלל שבין כדור הארץ לפולסר.
נכון לשנת 2013, דיוק התזמון מוערךצריך להעלות בערך סדר גודל אחד כדי להיות מסוגל לזהות גלי רקע ממקורות רבים ביקום שלנו, ומשימה זו יכולה להיפתר לפני סוף העשור. אבל מעבר של גל כבידה אמור לשנות מעט, בכמה ננו-שניות, את הזמן שבו מתועדות ההתלקחויות הללו. לפיכך, על ידי מעקב מדויק אחר התזמון של פולסרים מרוחקים, ניתן תיאורטית לזהות את רקע גלי הכבידה של הגלקסיה. זה מאושש על ידי תוצאות ראשוניות מפרויקט NANOGrav.
אילו גלי כבידה חדשים מצאו מדענים?
מדענים אמרו שהם הצליחו לזהות סימנים של קרינת כבידה מתמדת שעוברת ביקום ומעוותת את מארג המרחב-זמן.
מצאנו אות חזק במערך הנתונים שלנו. אנחנו עדיין לא יכולים לומר שמדובר בגלי כבידה ברקע, אבל המטרה שלנו מתקרבת.
ג'וזף סיימון, אסטרופיזיקאי והמחבר הראשי של המאמר
לדברי המחברים, אין מצפה כוכבים אחרמסוגלים לזהות גלי כבידה ברקע, מכיוון שהם מתמקדים בחיפוש אחר אירועים חד פעמיים שנמשכים מספר שניות. כחלק מהניסוי, מדענים עקבו אחר 45 פולסים לאורך מספר שנים - וכבר מצאו סימנים לשינויים קלים בתדירותם. ניתן להשוות בין פולסרים למגדלורים גלקטיים שנמצאים כל הזמן באותו מקום.
אנחנו מחפשים גלים שנמשכים שנים או עשרות שנים.לפי התיאוריה, מיזוגים גלקטיים ואירועים קוסמולוגיים אחרים גורמים לפרץ מתמיד של גלי כבידה ענקיים. לוקח שנים או אפילו יותר עד שגל אחד כזה עובר ליד כדור הארץ. מסיבה זו, אין ניסויים קיימים אחרים שיכולים לזהות אותם ישירות.
ג'וזף סיימון, אסטרופיזיקאי והמחבר הראשי של המאמר
גלי הכבידה העוברים משתניםדפוס אור יציב הנובע מפולסרים, המגדיל או מתכווץ למרחקים היחסיים שקרניים אלה עוברות בחלל. במילים אחרות, מדענים יכולים לזהות תיאורטית את הרקע של גלי הכבידה על ידי מעקב אחר שינויים מתואמים בזמן הגעת קרינת הפולסר לכדור הארץ.
מה עושים גלי הכבידה האלה?
גלי כבידה חולפים משתניםדפוס יציב של אור הנובע מפולסרים, מגדיל או דוחס את המרחקים היחסיים שקרניים אלו עוברות בחלל. במילים אחרות, מדענים יכלו באופן תיאורטי לזהות את הרקע של גלי כבידה על ידי מעקב אחר שינויים בקורלציה בזמני ההגעה של קרינה פולסרית על כדור הארץ. עם זאת, זה לא מספיק למסקנות סופיות. לכן, אסטרונומים הכריזו על תוכניות ליצור IPTA, רשת של מכשירים שתאפשר לזהות סטיות כאלה עבור מספר רב של פולסרים.
זיהוי של רקע גלי הכבידה יהיהצעד גדול קדימה, אבל רק צעד ראשון. השלב הבא יהיה גילוי המקורות שלהם, ולאחר מכן - כל מה חדש שהם יכולים לספר לנו על היקום.
ג'וזף סיימון, אסטרופיזיקאי והמחבר הראשי של המאמר
קרא עוד
מחקר: בני אדם לא יוכלו לשלוט במכונות AI מלאכותיות
הפלה ומדע: מה יקרה לילדים שילדו
בדוק את התמונות היפות ביותר של האבל. מה ראה הטלסקופ מזה 30 שנה?