הצלחת המהלך עשויה לסייע לפיזיקאים במדידה מדויקת של גלים הנוצרים מהתנגשות של כוכבי נייטרונים >>
בשנת 2015, מדענים קלטו ראיות לתופעה קוסמית שהתרחשה במרחק של 1.3 מיליארד שנות אור מכאן. הם הבחינו בהתנגשות של חורים שחורים בינאריים על ידי קליטת גלי כבידה (גלים גרביטציוניים) — אדוות במרחב החלל-זמן שנוצרות כאשר ישנה אינטראקציה בין גופים מסיביים — בפעם הראשונה. אבל עכשיו פיזיקאים שואפים לראות אף רחוק יותר. הצלחת המהלך עשויה לסייע להם במדידה מדויקת של גלים הנוצרים מהתנגשות של כוכבי נייטרונים, התנגשויות שעשויות להיות המקור ליסודות ארציים רבים, כולל זהב. בשביל זה הם צריכים את גלאי גלי הכבידה הרגישים ביותר אי פעם.
המכשירים שקולטים גלים מתבססים כולם על אותו מנגנון. Laser Interferometer – LIGO Gravitational-Wave Observatory, מצפה הממוקם בארה"ב ושותפו האירופאי, Virgo, יורים לייזרים לאורך שתי זרועות באורך של יותר מקילומטר וחצי כל אחת, עם מראות בקצותיהם. גלים חולפים מנענעים את המראות פחות מרוחב של אטום, ומדענים מודדים את האדוות על סמך הרגע בו פוטונים באור הלייזר פוגעות בהן ומוחזרות. בדרך כלל, פוטונים נפלטים מהלייזרים במרווחים אקראיים, כך שהאותות מטושטשים.
דמיינו את הפוטונים כטיפות גשם, ואת הזמן שנדרש לנו למדוד את הגל הגרביטציוני כמדרכה. טיפות מטפטפות פוגעות במדרכה ללא תלות אחת בשנייה. אזורים מסוימים עשויים להישאר יבשים למשך זמן רב יותר, בעוד אחרים יהיו ספוגים. צורת הטיפות הטבעית של גשם, בדומה לצורת הפוטונים הטבעית של אור, מובילה לתופעת "גרעיניות".
כעת פיזיקאים יכולים לאזן את טיפות הגשם המטאפוריות האלה. בגלאים משודרגים, עקרון בתורת הקוואנטים המכונה "squeezed light" ("אור דחוס") מסייע לחוקרים לצייר תמונה מדויקת יותר. דחיסת אור פועלת על ידי הארת קרן לייזר דרך גביש מיוחד, אשר מווסת את קצב זרימת הפוטונים כך שהמרווחים ביניהם יהיו אחידים יותר.
במקום ליפול באופן אקראי, לכל טיפת גשם יהיה כעת סיכוי קטן יותר לפגוע בנקודה רטובה מאשר בנקודה יבשה. התוצאה הינה מדרכה מותזת באופן אחיד יותר. או, במקרה של גלי כבידה, דוגמת גלים מלאה כמעט לחלוטין למעלה-למטה, במקום תמונה לא אחידה וקופצנית.
כיווץ בממד אחד משמעו מתיחה בממד אחר, אבל מדענים יכולים לוותר על וודאות באנרגיית האור מבלי לאבד כל מידע חשוב. "אנחנו מתמרנים את האור כך שמסיתים יותר מהאי-וודאות ב[מדידה] אחת על מנת למדוד את השנייה באופן מדויק יותר," אומרת קתרין דוּלי מאוניברסיטת קרדיף, משתפת פעולה ב-LIGO. טכנולוגיית אור-דחוס כבר הגדילה את הדיוק בגלאי הקטן יותר GEO600 בגרמניה פי ארבעה. אם LIGO ו-Virgo יצליחו להפיק הישגים דומים, נצליח לסחוט הרבה יותר התנגשויות של כוכבי נייטרונים מהקוסמוס — וזהו סיר הזהב בקצה הקשת של הגרביטציה.
בתמונה לפי המספרים:
1. אפילו לא קרוב לקנה מידה. כל הגלקסיה שלנו היתה קטנה יותר מנקודה שמופיעה בסוף משפט בדף זה.
2. 3.6 מיליארד שנות אור – LIGO משתמש ברעידות קטנטנות לגילוי התנגשות של חורים שחורים בעלי מסה של פי 30 ממסת השמש.
3. 4.9 מיליארד שנות אור – אור דחוס ירחיב את שדה הראייה של LIGO מספיק רחוק בכדי לאתר חורים שחורים שהתמזגו עוד לפני שכדור הארץ נוצר.
