פתיחת המקצבים העמוקים ביותר של היקום עם גלי כבידה

גלי כבידה בתדירות הנמוכה ביותר שנצפו בנתוני פולסר.

צוות של פיזיקאים פיתח שיטה לזיהוי גלי כבידה בתדרים נמוכים כל כך שהם יכולים לפתוח את הסודות מאחורי השלבים המוקדמים של מיזוגים בין חורים שחורים סופר-מסיביים, העצמים הכבדים ביותר ביקום.

השיטה יכולה לזהות גלי כבידה שמתנדנדים רק פעם אחת בכל אלף שנים, פי 100 יותר איטי מכל גלי כבידה שנמדדו בעבר.

"אלו גלים המגיעים אלינו מהפינות הרחוקות ביותר של היקום, המסוגלים להשפיע על איך האור נע", אמר ג'ף דרור, Ph.D., עוזר פרופסור לפיזיקה ב- אוניברסיטת פלורידה ומחבר שותף של המחקר החדש. "לימוד הגלים הללו מהיקום המוקדם יעזור לנו לבנות תמונה מלאה של ההיסטוריה הקוסמית שלנו, בדומה לגילויים קודמים של רקע המיקרוגל הקוסמי."

דרור ושותפו למחבר, חוקר הפוסט-דוקטורט של אוניברסיטת קליפורניה בסנטה קרוז וויליאם דרוקו, פרסמו את ממצאיהם ב-26 בפברואר בכתב העת מכתבי סקירה פיזית.

תובנות על ההיסטוריה הקוסמית

גלי כבידה דומים לאדוות בחלל. כמו גלי קול או גלים על האוקיינוס, גלי כבידה משתנים הן בתדירות והן במשרעת, מידע המציע תובנות לגבי מקורם וגילם. גלי כבידה המגיעים אלינו יכולים להתנודד בתדרים נמוכים במיוחד, נמוכים בהרבה מאלו של גלי קול הניתנים לזיהוי עם האוזן האנושית. כמה מהתדרים הנמוכים ביותר שזוהו בעבר היו נמוכים עד ננו-הרץ אחד.

"לעיון", הסביר דרור, "תדירות גלי הקול שנוצרו משאגת תנין גבוהה בערך פי 100 מיליארד מהתדר הזה – אלו הם גלים בעלי גובה נמוך מאוד".

שיטת הזיהוי החדשה שלהם מבוססת על ניתוח פולסרים, כוכבי נויטרונים הפולטים גלי רדיו במרווחים קבועים ביותר. דרור שיער שחיפוש אחר האטה הדרגתית בהגעת הפולסים הללו יכול לחשוף גלי כבידה חדשים. על ידי לימוד הקיים פולסר נתונים, דרור הצליח לחפש גלי כבידה עם תדרים נמוכים מאי פעם, והגדיל את "טווח השמיעה" שלנו לתדרים נמוכים כמו 10 פיקוהרץ, פי 100 נמוכים מהמאמצים הקודמים שזיהו גלים ברמת ננו-הרץ.

כיוונים וסימולציות עתידיות

בעוד גלי כבידה עם תדרים סביב ננו-הרץ זוהו בעבר, לא הרבה ידוע על מקורם. יש שתי תיאוריות. הרעיון המוביל הוא שהגלים האלה הם תוצאה של מיזוג בין שני חורים שחורים סופר-מסיביים, שאם זה נכון, ייתן לחוקרים דרך חדשה לחקור את התנהגותם של העצמים הענקיים האלה שנמצאים בלב כל גלקסיה.

התיאוריה העיקרית האחרת היא שהגלים הללו נוצרו על ידי אירוע קטקליזמי כלשהו בתחילת ההיסטוריה של היקום. על ידי לימוד גלי כבידה בתדרים נמוכים עוד יותר, הם עשויים להיות מסוגלים להבדיל בין האפשרויות הללו.

"במבט קדימה, השלב הבא הוא ניתוח מערכי נתונים חדשים יותר", אמר דרור. "מערכי הנתונים שבהם השתמשנו היו בעיקר מ-2014 ו-2015, ומספר עצום של תצפיות פולסר נערך מאז אותה תקופה."

דרור גם מתכנן להריץ סימולציות על נתונים מדומים באמצעות מחשב העל HiPerGator של UF כדי לחשוף עוד יותר את ההיסטוריה הקוסמית. מחשב העל יכול להריץ ביעילות סימולציות גדולות ומורכבות, ולצמצם משמעותית את הזמן הנדרש לניתוח נתונים.

מחקר זה נתמך בחלקו על ידי הקרן הלאומית למדע ומשרד האנרגיה.