יום חמישי, 29 במאי 2014

פרץ קרני הגאמא שלא היה

אתמול התפרסם שיתכן והתגלה פרץ קרני גאמא (Gamma Ray Burst; GRB) מגלקסיית אנדרומדה, דבר שעורר התלהבות רבה בקרב קהילת האסטרופיזיקאים שעוסקים בתחום, היות ואנדרומדה היא אחת הגלקסיות הקרובות ביותר אלינו, ולכן לתפוס GRB משם יכול לאפשר לנו לחקור את התופעה מקרוב (יחסית).
היום התפרסם שמדובר בטעות.
דיברתי עם אנשים מהתחום אצלנו במכון, ואנסה לסכם את הסיפור כאן בקצרה, למיטב הבנתי.
אתמול זיהה צוות טלסקופ החלל SWIFT, שמחפש אחר GRBs, קפיצה בשטף קרני הגאמא שמגיע מאיזור מסויים בגלקסיית אנדרומדה. באיזור הזה ישנו מקור ידוע של קרני רנטגן, אבל לא נצפו שם בעבר קרני גאמא, והקפיצה נראתה חזקה מאוד, ולכן כמובן שעלתה ההשערה שמדובר בGRB. בטלסקופ ישנו מכשיר המזהה קרני גאמא ומכשיר המזהה קרני רנטגן, וצוות הטלסקופ סובב אותו על מנת לצפות באיזור בתחום הרנטגן; בתחום הזה נצפתה עליה, אך לא משמעותית. הצוות פרסם הודעה זהירה מאוד על הממצאים, אך הם בפירוש לא טענו שמדובר בGRB. הזהירות שלהם לא עזרה, והשמועה נפוצה במרחבי המרשתת, ובעיקר בטוויטר, שהתגלה GRB בגלקסיית אנדרומדה. לא מדובר רק באתרי חדשות שהכותבים שלהם לאו דווקא מומחים בתחום, אלא גם באנשים שזה לב לבו של תחום המחקר שלהם; יתכן ומשאלת הלב שלהם גרמה להם לקרוא דברים שלא נכתבו, או לתת חשיבות יתרה לזיהוי. לא עזרה גם העובדה שסערה הפילה את שרתי האינטרנט של נאס"א שקשורים לטלסקופ, ולכן אף אחד אחר לא יכול היה להסתכל על המידע.
היום כל אותם אנשים התבדו, כשהתברר שהייתה טעות בפענוח של התצפית, ושהקפיצה בשטף קרני הגאמא הוערכה להיות פי 300 יותר חזקה ממה שהייתה באמת. ככל הנראה מדובר בקרני גאמא קוסמיות.

הסיפור הזה, בעיני (וככל הנראה בעיני רבים אחרים), מהווה דוגמה מצויינת לכך שבעידן כמו היום שבו מידע מתפשט כמעט מיידית, צריך להמתין ולהיזהר אפילו יותר כשמקבלים מידע חלקי. כשמדובר במדע, כל תגלית צריכה אישוש, ובדיקה של מדענים עמיתים, וכמובן - מדענים לרוב זהירים מאוד במה שהם אומרים, ויש להם סיבה לכך; עדיף שלא לנפח את מה שהם אומרים.
 

סקירה מצויינת של הנושא ניתן למצוא כאן:
http://www.universetoday.com/112197/update-possible-nearby-gamma-ray-burst-alert-was-false-alarm/


ותודה ליואב לנדסמן מהבלוג "מסה קריטית" שבזכותו נחשפתי לסיפור מלכתחילה.

יום רביעי, 14 במאי 2014

לפעמים שלישיות מסתיימות בפיצוץ...

סיכום של הרצאה שהועברה אצלנו לפני פסח על ידי ד"ר דורון קושניר, שדיברה על רעיון חדש למקור להיווצרות סופרנובות מסוג 1A.
 
סופרנובות הן פיצוצים של כוכבים, אך רואים סוגים שונים שממויינים על פי היסודות שרואים בפיצוץ. סופרנובות מסוג 1A הן פיצוץ של ננס לבן שאינן מכילות מימן, אך מכילות סיליקון וקובלט. הן הסופרנובות הנצפות ביותר, ומסיבה לא ברורה אנחנו רואים חלק ניכר מהן בגלקסיות אליפטיות. בעיקרון, כלל לא היינו אמורים להיות מסוגלים לראות את הפיצוץ עצמו פרט למקרים בודדים בהם במקרה טלסקופ היה מכוון ישירות למקום בו הסופרנובה מתרחשת, מכיוון שהאנרגיה מתפזרת מהר מאוד, אך למזלנו האנרגיה שמשתחררת יוצרת איזוטופים של ניקל שלוקח להם זמן להתפרק, ואת ההתפרקות הזו אנו מסוגלים לראות. זה לא אומר שהן נעלמות לחלוטין - השאריות שלהן ממשיכות להתרחב ולאסוף אלין אבק במשך עשרות אלפי שנים, וזה דווקא בהחלט ניתן לצפייה, אבל החלק המוקדם ביותר, שקרוב מאוד לפיצוץ עצמו, היה חולף מטווח הראייה שלנו מהר מאוד אם לא אותם יוני ניקל.

ישנן מספר בעיות בהבנה שלנו של סופרנובות מסוג 1A:

  •  אין לנו הסבר טוב לשאלה מדוע שננס לבן יתפוצץ סתם כך. ננסים לבנים הם כוכבים במסות ביניים (בסביבות מסת השמש שלנו), שאינם מסיביים מספיק כדי ליצור חור שחור, ושסיימו את שלב הבערה הגרעינית שלהם וקרסו כך שמה שמחזיק אותם הוא לחץ ניוון האלקטרונים (אפקט קוונטי מעניין שארחיב עליו אם מישהו יהיה מעוניין). אלה כוכבים מאוד יציבים, ואין סיבה פרקטית שכוכב כזה יתפוצץ ללא השפעה מבחוץ. 
  • ההתפלגות של הניקל שרואים לאחר הסופרנובה אינה ברורה - אם מדובר בכוכב בודד צריך ננסים לבנים מאוד נדירים כדי להסביר את ההתפלגות, דבר שלא מסתדר עם קצב הסופרנובות שרואים. בנוסף, נראה שמסת הניקל בפיצוץ קשורה לסוג הגלקסיה, דבר שלא ברור מדוע הוא קורה.
  • על מנת להסביר את קצב הסופרנובות 1A שאנחנו רואים, כאחוז מכלל הננסים הלבנים צריך לסיים את חייו בסופרנובה, מספר שאין לנו הסבר אליו.

לבעיות הללו יש מספר פתרונות אפשריים, אך אף אחד מהפתרונות לא פותר את כל הבעיות. ספציפית לבעיה הראשונה, והחמורה ביותר, ישנם מספר פתרונות שהועלו:

  • במערכת בינארית, בה ננס לבן וכוכב נוסף חגים זה סביב זה, יתכן והננס הלבן יהיה קרוב מספיק על מנת להתחיל "לגנוב" מסה מהכוכב הנוסף ולספוח אותה על עצמו. במצב כזה החומר מתיישב על הקליפה של הננס הלבן, ואם מספיק חומר עובר, זה יכול לגרום לננס הלבן לקרוס ובעקבות זאת להתפוצץ. 
  • אם הכוכב השני במערכת גם הוא ננס לבן, לא תהיה ספיחה, אך בסופו של דבר הננסים הלבנים יפלו אחד אל השני וההתנגשות תגרום לסופרנובה; הפתרון הזה בעייתי, כיוון שהזמן שיקח לכוכבים ליפול אחד אל השני אמור להיות ארוך מאוד במרבית המצבים, ולכן לא ברור כיצד יתכן קצב של סופרנובות כפי שאנו רואים.
  • הבעיה של הזמן בפתרון הקודם יכולה להפתר אם אחד מהננסים הלבנים מסיבי יותר ואז זה הקל יותר יתפרק במהלך הנפילה, דבר שיכול לגרום לסופרנובה; אך זה מצריך שהננס המסיבי יותר יהיה במשקל של פחות 0.9 מסות שמש, ולא ראינו צמד ננסים לבנים שאחד מהם כל כך מסיבי, ולכן גם אם קיימים כאלה הם בוודאי מועטים.

היות ואנחנו לא יכולים רק לשבת ולחכות שתתפוצץ סופרנובה שכזו במרחק קטן מספיק כדי שנוכל לדעת היטב מה קורה שם (דבר שיכול לקחת עשרות ומאות אלפי שנים), קבוצות רבות של חוקרים מבצעות סימולציות מחשב של הנושא, בתקווה לשחזר את התצפיות ולהסביר את העניין. אך בסימולציות של יש בעיה גדולה לייצר פיצוץ, כי המקום שבו מתרחשת התחלת הפיצוץ הוא זעיר ביחס לגודל הכוכב. זה יוצר שתי בעיות - המיקום עצמו לא ידוע, ובנוסף גודל האיזור שבו מתרחשת התחלת הפיצוץ הוא הרבה מתחת לרזולוציה של הסימולציות. על כן פשוט שמים את ההתנעה, תחילת הפיצוץ, ביד, מה שמוסיף פרמטרים חופשיים לבעיה. הוספת פרמטרים חופשיים היא בעייתית כי היא מוסיפה אי ודאות.

קבוצת החוקרים שד"ר קושניר משתייך אליה מציעה פתרון אחר - מערכת כוכבית משולשת בה שניים מהכוכבים הם ננסים לבנים, ולא אכפת לנו מה השלישי כל זמן שהוא מסיבי מספיק. אנו יודעים שמערכות כאלו קיימות. על פי טענתם, במערכת כזו הכוכב השלישי יכול לשמש כמעין "משדך", לגרום לשני הננסים הלבנים ליפול אחד אל השני מהר יותר על ידי זה שהוא עצמו נפלט מהמערכת. על פי החישובים של הקבוצה, הפתרון הזה מסביר את קצב הסופרנובות מסוג 1A (כלומר שיש מספיק מערכות משולשות שכאלה). הם טוענים שזה מסביר גם את התפלגות הניקל, אם כי לצערי אני כבר לא זוכר כיצד הם טוענים שזה מסביר את זה. בנוסף, מכיוון שמדובר בהתנגשות, איזור התחלת הפיצוץ הוא גדול מאוד (בערך כ50 ק"מ), דבר שכבר כן ברזולוציה של הסימולציות המתקדמות ביותר, וזה מאפשר להם לקבל תחזיות למספר נקודות שבתקווה יהיה בקרוב לבחון מבלי להגרר לפרמטרים חופשיים נוספים.

העיסוק בסופרנובות הוא מורכב מאוד, אך גם מעניין מאוד, ואני מקווה שהתצפיות הרלוונטיות יגיעו בקרוב ויאפשרו להבדיל בין המודלים השונים!

אני מודה מאוד גם ליעל הילמן, שזה תחום העיסוק שלה והסכימה ברוב נחמדות לעבור על הטקסט כדי לוודא שאני לא אומר שטויות!

על התגלית של BICEP2 - אינפלצייה וגלים כבידתיים

אני רואה שהפקרתי את תפקידי כקוסמולוג האחראי... בתכנית של "החללית" (בה לצערי לא יכולתי להשתתף) היה אייטם על התגלית של BICEP2, שעליה כתב כאן אופק בירנהולץ. מטבע הדברים האייטם היה קצר ולא יכל להקיף את הכל, אז אנסה להרחיב ולהבהיר כאן את הדברים, ובאותה הזדמנות אוסיף כמה תובנות שהגעתי אליהן בעקבות הרצאה שהעביר אצלנו פרופ' מרק קמיונקובסקי, שהיה מצוות החוקרים הראשון שחקר את האפשרות (התיאורטית, דאז) שהאינפלציה יכולה לגרום לקיטוב בקרינת הרקע הקוסמית. אחזור על חלק מהדברים שנאמרו בתכנית לטובת אלו שלא ראו אותה ורק קוראים את הפוסט הזה. אני מתנצל מראש - זו הולכת להיות רשומה ארוכה, אבל היא מסבירה לא מעט דברים, אז אני מקווה שזה מתאזן.

נתחיל עם קרינת הרקע הקוסמית: בראשית, היקום היה צפוף מאוד. מאוד מאוד. כמה צפוף? כל כך צפוף שאפילו קרינה אלקטרומגנטית (כמו אור) לא יכלה לעבור, ונבלעה בתווך שמסביב. אבל היקום החל להתרחב, ולכן נעשה דליל יותר, ובסופו של דבר הקרינה תצליח לחמוק מבעד לחומר ולהתחיל את הטיול הגדול שלה ביקום. הקרינה הזו, שיצאה מכל מקום ביקום פחות או יותר בו זמנית, היא קרינת הרקע הקוסמית. בניגוד למה שנאמר בתכנית, היא השתחררה כ400,000 שנה לאחר המפץ הגדול, ולא שברירי שניה. את קרינת הרקע הקוסמית גילו במקרה לפני 50 שנה, ומאז היא משמשת אותנו לחקור את היקום, הרבה מעבר למה ששיערו אלו שגילו אותה.
הסיבה לכך שהיא כל כך שימושית היא שבעוד שהיא השתחררה רק כ400,000 שנה לאחר המפץ הגדול, ההתפלגות שלה ופרמטרים נוספים מושפעים מדברים שקרו קודם. כאשר מסתכלים על קרינת הרקע הקוסמית היא נראית אחידה לחלוטין מכל כיוון. כל כך אחידה, שהיה צריך לפתח מכשירים שיהיו מסוגלים למדוד אותה ברמת דיוק של אחד חלקי מאה אלף מהטמפרטורה של הקרינה הזו כדי להבחין בשוני בין אזורים שונים בשמיים! הלוויין הראשון שעשה את זה היה COBE, ומאז המדידות רק השתפרו, והן הראו שהקרינה לא השתחררה *בדיוק* אותו דבר מכל מקום, אלא שהיו אזורים בהם השתחררה יותר קרינה ואיזורים בהם השתחררה פחות. זה נובע מכך שאזורים מסויימים היו צפופים יותר ואזורים מסויימים צפופים פחות (אם כי בהבדלים מאוד מאוד קטנים). ההשערה הייתה שההבדלים בין האזורים הצפופים לדלילים נבעו מתנודות קוונטיות זעירות בתקופה מאוד מאוד מוקדמת של היקום. אולם מדוע תנודות זעירות שכאלה כשהיקום היה בגיל של שברירי שנייה משפיעות על הצפיפות שלו כמעט 400,000 שנה אחרי? כאן נכנסת האינפלציה.

האינפלציה הקוסמית היא תאורייה שנוגעת להתפשטות היקום ושפותרת בצורה פשוטה מספר בעיות שעולות מהמידע שאנו מקבלים מתצפיות (אסביר כאן רק אחת, אחרת נהיה כאן כל הלילה). אנו יודעים שהיקום מתפשט מאז שאדווין האבל פרסם את העובדה שככל שגלקסיות רחוקות יותר, הן מתרחקות מאיתנו במהירות גדולה יותר. אולם התפשטות היקום, בשילוב עם קרינת הרקע הקוסמית, יוצרות בעיה הידועה כ"בעיית האופק". בצורה פשוטה, בעיית האופק אומרת שאין סיבה ששני איזורים רחוקים ביקום (לצורך העניין, אזורים שאנו רואים בשני קצוות של השמיים) יהיו באותה טמפרטורה, מכיוון שלמידע לא היה זמן לעבור בין השניים ולתאם ביניהם עמדות, ולכן העובדה שקרינת הרקע הקוסמית שמגיעה מכל הכיוונים היא בדיוק באותה טמפרטורה לא ברורה. האינפלציה היא תאוריה שטוענת שמוקדם מאוד בתחילת היקום, בין 36-^10 ל32-^10 שניות מהמפץ הגדול (שזה זמן קצר כל כך שקשה מאוד לתפוס את זה), היקום התרחב במהירות עצומה, הרבה יותר גדולה ממה שאנו רואים כיום - בזמן הקצרצר הזה האופק הקוסמולוגי התרחב ביותר מ-30 סדרי גודל! זה אומר שהיקום היה הרבה יותר קטן וצפוף בזמן המוקדם הזה ממה שחשבנו ואז התנפח מהר. במצב כזה, איזורים שנראים לנו היום רחוקים ולא קשורים התחילו למעשה קרובים מספיק בשביל שהטמפרטורה שלהם תשתווה.

"רגע, אבל הבטחת לנו תנודות קוונטיות!" אני שומע אתכם אומרים. נכון, וכאן בדיוק הן נכנסות. תנודות קוונטיות הן, בהגדרה, תנודות מאוד מאוד קטנות, ובמצב רגיל יהיו זניחות ביחס להבדלים בין אזורים שונים ביקום. בנוסף, מכיוון שהתנודות האלה פועלות בצורה מקרית, הן לרוב נוהגות לבטל את את השנייה. אבל המהירות העצומה בה היקום התרחב בזמן האינפלציה החליקה את ההבדלים בין איזורים שונים, בדומה למפה מקומטת שמותחים אותה; מצד שני, תנודות קוונטיות בגלים כבידתיים נמתחו והפכו להיות תנודות בסקלות קוסמולוגיות (להסבר על הגלים הכבידתיים אפנה אתכם לרשומה של אופק מלפני כשבוע). לאחר שהסתיימה האינפלציה הגלים הכבידתיים האלה יצרו אזורים צפופים יותר ופחות בכל היקום, שהיו מספיק גדולים כדי שתנודות קוונטיות כבר לא יוכלו להעלים אותם. לאחר שהסתיימה האינפלציה, האזורים הצפופים יותר החלו למשוך אליהם חומר ולהפוך יותר ויותר צפופים, כך שכשהגיע השלב בו קרינת הרקע הקוסמית השתחררה, כבר הייתה במקום מפת הצפיפות אותה ראו COBE ושאר הלוויינים שמדדו אותה.
אולם בזה לא הסתיים תפקידה של האינפלציה. קבוצת החוקרים שפרופ' קמיונקובסקי היה חלק ממנה העלתה את ההשערה שהגלים הכבידתיים שיצרו את שדה הצפיפות שממנו נפלטה קרינת הרקע הקוסמית יגרמו גם לקיטוב ספציפי בקרינה הנפלטת; הקיטוב הזה הוא מה שנמדד בBICEP2, ולכן ההתרגשות הגדולה - המדידה מהווה אישוש מאוד רציני לתאוריית האינפלציה.

ענן גז שיחלוף על פני החור השחור במרכז הגלקסיה

לפני כשבועיים שמענו בסמינר המחלקתי הרצאה מפי פרופ' אנדי בורקהרט, שמוכר בקהילת האסטרופיזיקה בעיקר בזכות עבודתו על סימולציות קוסמולוגיות, אך דיבר איתנו דווקא על ענן גז שעומד לחלוף בסמוך לחור השחור הענקי שבמרכז הגלקסיה שלנו. מסתבר שבנוסף להישגיו המדעיים, יש גם כוכב לכת ננסי שקרוי על שמו - מכיוון שבתו נשואה למי שגילה אותו. ההרצאה הזו הייתה מרתקת, ופרופ' בורקהרט הוא מרצה מעולה, כך שזו הייתה חווייה מצויינת. למדתי המון הרצאה, ואנסה להעביר את כל מה שלמדתי כאן. אני מבקש להבהיר שזה המון חומר ששמעתי תוך כדי ההרצאה, ולכן יתכן וההבנה שלי אינה מושלמת, או שנפלו טעויות מסויימות בפירוש שלי לדברים מסויימים; במידה ואתם יודעים יותר על אחד הנושאים שמוזכרים כאן אשמח מאוד לשמוע בתגובות או בהודעה פרטית!

ראשית, פרופ' בורקהרט נתן סקירה קצרה של מרכז הגלקסיה מהחוץ פנימה, אך אני אהפוך את הסדר ואדבר מבפנים החוצה:

  • במרכז הגלקסיה ישנו החור השחור המכונה סגיטריוס A, ושהתצפיות מראות שהוא במסה של כארבעה מליון מסות שמש. 
  • סביב החור השחור יש צביר כוכבים צפוף מאוד של כוכבים מסיביים המכונים כוכבים מסוג B, ושמלא בגז חם מאוד. הכוכבים הפנימיים ביותר נעים במסלולים אליפטיים או מעגליים סביב החור השחור, כמו פלנטות שנעות סביב כוכב, ואסטרונומים משתמשים במסלולים האלה כדי לחשב בצורה מדוייקת מאוד את מסת החור השחור והמרחק אליו.
  • מחוץ לצביר יש שתי טבעות שרדיוסן הפנימי הוא ממש בגבול עם הצביר, והן מורכבות מכוכבים מסיביים עוד יותר המכונים כוכבים מסוג O. אחת הטבעות מקבילה ומסתובבת בכיוון הפוך לדיסק של הגלקסיה, והשנייה טיפה בשיפוע, ומסתובבת בכיוון הפוך לטבעת הראשונה
  • שתי הטבעות האלה נמצאות בתוך ענן שמורכב משארית של סופרנובה שהתפוצצה ככל הנראה לפני כ10,000-100,000 שנה
  • עוד יותר החוצה ישנה דיסקת גז שמקבילה בערך לדסקת הגלקסיה ומסתובבת יחד איתה

עכשיו שעשינו קצת סדר במבנה של מרכז הגלקסיה אפשר להתחיל לדבר על הדברים האחרים שלמדנו בהרצאה, שאמנם כותרתה הייתה על ענן הגז שהולך לעבור סביב החור השחור, אבל היא דיברה על הרבה מאוד על מה אנחנו יודעים ועל בעיות שעוד קיימות בהבנה שלנו את מרכז הגלקסיה.

בעיה אחת נוגעת לכוכבי הB שבאיזור הפנימי - לא לגמרי ברור מה הם עושים שם. היות והגז חם, מאוד לא סביר שהם נוצרו שם, שכן לגז חם קשה מאוד להתכווץ מספיק כדי שהלחץ במרכז יוכל להצית בערה גרעינית. ההשערה הנוכחית היא שהם נפלו ממקומות אחרים, אך היות ותוחלת החיים שלהם קצרה יחסית (מכיוון שהם מסיביים), צריך להיות קצת נפילה לא קטן של כוכבים כאלה אל המכרז. עם זאת, האיזור שמיד מסביבם, איזור הערפילית והטבעות, פחות או יותר נקי מכוכבים שכאלה, ולכן זו תעלומה רצינית.

בעיות נוספות נוגעות לטבעות הללו - ראשית, הן מורכבות אך ורק מכוכבי O, שהם מסיביים מאוד ולכן גם קצרי חיים מאוד, ולא ברור כיצד זה יתכן. בנוסף, לא לגמרי ברור כיצד הן נוצרו - ההשערה היא שעני גז שנפלו יצרו אותן, אך אז לא ברור כיצד הנפילה של הענן שיצר את הטבעת השנייה לא השמידה את הטבעת הראשונה, במיוחד שהן מסתובבות בכיוונים הפוכים.

נקודה מעניינת נוספת בנוגע למרכז הגלקסיה היא שרואים שככל שמתקרבים אל החור השחור, הספיחה אליו הולכת ויורדת; זו דווקא נקודה שיש לנו הסבר בשבילה - האיזור הקרוב לחור השחור מלא בגז החם שציינו, והגז הזה קורן ומונע מגז נוסף ליפול, וככל שמתקרבים לחור השחור הקרינה הזו מפוזרת על שטח קטן יותר ולכן גם כמות הגז שתיפול תהיה קטנה יותר.


הענן עצמו הוא אובייקט די מסתורי, למרות שאנחנו יודעים עליו לא מעט. הוא נצפה לראשונה כבר לפני כמה שנים, ובתחילה היו חוקרים שחשבו שמדובר בכוכב חיוור, אך הספקטרום לא התאים לזה של כוכב - אך כן התאים לזה של ענן גז מימן מולקולרי, כלומר שהמימן נמצא בתצורה של מולקולות (H2), מה שאומר שהגז חייב להיות קר מספיק (אחרת המולקולות מתפרקות לאטומים). הענן קורן מכיוון שהכוכבים שסביבו מיננים אותו, וכאשר הגז מתרכב חזרה הוא פולט קרינה.
וכאן כבר נכנסת התעלומה הראשונה - הענן נמצא באיזור של כוכבי ה-B, שכפי שציינתי בפעם שעברה, מלא בגז חם - הרבה יותר חם מהגז שבענן. זה אומר שבשביל שהענן יוכל לשרוד כענן קר לאורך הנפילה מבחוץ הוא חייב להיות מאוד מסיבי, אבל חישובים של מסת הענן העלו שהוא בסה"כ במסה של שלושה כדורי ארץ, שזה ממש כלום! יתכן שהענן נפל מסיבי יותר וחלקו הגדול הופשט בשל החיכוך עם הגז החם, אבל קשה מאוד לדעת כי לא יודעים בצורה טובה את צפיפות הגז שמסביבו.

ב2011 כבר זיהו את הענן מתחיל להתארך בגלל המשיכה של החור השחור. היה צריך למצוא לו שם, מכיוון שלא ניתן לקרוא לו "ענן הגז הקטן שנופל אל החור השחור שבמרכז הגלקסיה" כל הזמן, זה היה הופך את המאמרים לבלתי קריאים. פרופ' בורקהרט אהב את השם G2, אבל בשביל זה היה צריך לוודא שיש G1, אז הוא נבר קצת בתצפיות ומצא ענן גז קטן שנצפה כמה שנים והיה מרוצה.

מהמסלול, נראה שהענן מגיע מעט מחוץ לאיזור החם, מקצה אחת הטבעות של כוכבי ה-O, ואם כך הוא כנראה נוצר לפני כ200 שנה. זה מעלה מסתורין אחר - אם הענן אכן הגיע מאיזור הטבעות, כיצד הוא נוצר? רעיון אחד שעלה, אבל לא בטוח אם הוא יכול לעבוד, זה שרוחות מהכוכבים בטבעות מתנגשות ויוצרות ענני גז. רעיון אחר שעלה, וגם הוא לא מאוד סביר, הוא שלא מדובר בענן אלא בכוכב לא בהיר, ומה שרואים זה את הגז שנפלט ממנו. אחת הסיבות העיקריות שהפתרון הזה לא סביר הוא שבתצפיות מאוחרות יותר נצפה, בנוסף לענן עצמו, מעין זנב. ככל שהתצפיות התקדמו, התברר שהזנב למעשה יותר מסיבי מהענן! לא לגמרי ברור מה הקשר ביניהם, אבל נראה שהם נעים ביחד, ולכן כנראה שהקשר קיים. השערה אחת בנוגע לענן ולזנב היא שהם למעשה חלק ממבנה אחד, מעין טבעת, ואנחנו רואים רק את החיתוך של הטבעת עם מישור כלשהו; לא ממש ברור מה המישור הזה, למה שתיווצר טבעת כזו, ואיך היא שרדה, ולכן ההשערה הזו לא סבירה במיוחד.

בורקהרט וחבורתו עשו סימולציות של נפילת הענן אל החור השחור, דבר שהלהיב את נאס"א ונייצ'ר, שרצו לעשות מזה שער. הבעיה הייתה שלפי הסימולציות, לא יתכן שהענן נוצר באיזור הטבעות למרות המסלול שלו - אם הוא היה נוצר שם הוא היה נמתח ונראה היום כמו ספגטי, ולא כמו שרואים בתצפיות. אבל נאס"א ונייצ'ר רצו שער, אז הם שיחקו עם הפרמטרים והגיעו למסקנה שהם יכולים לשחזר בצורה לא רעה את התצפיות אם הענן נוצר במרכז האיזור החם. נייצ'ר קיבלו את השער שלהם, ואף אחד לא חשב לשאול את החוקרים איך יכול להיות שענן קר נוצר במרכז האיזור החם...
אופצייה נוספת שעלתה בנוגע לענן קשורה לזנב שלו - סימולציות נוספות הראו שיתכן ומדובר שגוף שכבר עשה מעבר אחד ליד החור השחור, וכעת נופל אליו חזרה; במקרה כזה, הזנב שאנו רואים הוא למעשה הגוף המרכזי והענן הוא למעשה הזנב שנמשך מאחוריו וכעת נופל לפניו. אולם גם באופצייה הזו כלל לא ברור כיצד ואיפה נוצר הענן...

הענן אמור לעבור בנקודה הקרובה ביותר לחור השחור ממש בחודשיים הקרובים. זה מצויין, מכיוון שזה יאפשר לבצע תצפיות שיראו איזה מהמודלים הוא הנכון, ואולי גם יאפשרו לנו ללמוד עוד על הענן, וכל זה ממש עוד מעט, ולא בעוד אלפי שנים (שזה בד"כ הזמן המינימלי לחכות להתרחשות אסטרונומית). נחכה ונראה, ואשתדל לדווח על הנושא ברגע שיהיו חדשות.

לקראת סיום, אנקדוטה משעשעת ופריט מידע מעניין מההרצאה - פרופ' בורקהרט ציין שתיאורטיקנים יכולים להריץ את הסימולציות שלהם בכל שלב, אבל התצפיתנים צריכים לחכות שאפשר יהיה לראות את החור השחור - כלומר חצי שנה בין תצפית לתצפית, ולכן הוא חשש תמיד ששותפו התצפיתן יחזור מתצפית ויגיד לו שהענן נעלם...

פריט המידע המעניין (ולא ממש קשור לשאר ההרצאה) שלמדתי הוא שבכדור הארץ ישנה שכבה רדיואקטיבית שמעידה שסופרנובה התפוצצה לא רחוק מאיתנו לפני כמליון שנה!

פוסט אורח - אופק בירנהולץ על גלים כבידתיים

חלקכם בוודאי שמע שמועות על כך שהייתה מסיבת עיתונאים ובה הכריזו הכרזה מרעישה בנוגע לגלים כבידתיים. היות וזה לא ממש התחום שלי, אני שמח לארח כאן את אופק בירנהולץ, דוקטורנט אצלנו במכון שעוסק ביחסות כללית, ושכתב פוסט בסגנון שאלות ותשובות כדי להסביר את הנושא ואת התגלית:

א. רגע, אז מה זה בכלל גלים כבידתיים?
זה בסה"כ די פשוט. קודם כל, נתחיל מזה שאור הוא בעצם גלים אלקטרומגנטיים: בגדול כל מטען חשמלי סטטי (שלא זז) מושך (או דוחה, בהתאם לסימן) כל מטען אחר - במילים אחרות יוצר שדה חשמלי בכל היקום שמצביע לכיוון שלו. אם מזיזים את המטען, מעכשיו כל שאר המטענים צריכים להימשך לנקודה חדשה, כלומר השדה בכל היקום משתנה, צריך להצביע למיקום החדש. אבל האינפורמציה על השינוי לא יכולה לנוע יותר מהר ממהירות האור, כלומר השינוי בשדה מתקדם במהירות האור, וזה נקרא גל (חשמלי-מגנטי, נעזוב רגע את המשמעות המגנטית שלו).
אז גלים כבידתיים זה ב-ד-י-ו-ק אותו דבר: כל מסה גדולה נייחת מושכת אליה כל מסה אחרת ביקום, כלומר יש לה שדה כבידתי בכל היקום, שמצביע בכל נקודה אליה. אם פתאום תאיץ אותה, השדה בכל היקום צריך להשתנות כדי להצביע למיקום החדש - אבל זה לא יקרה מיד בכל היקום, כי האינפורמציה מוגבלת לנוע במהירות האור, והתפשטות השינוי בשדה - זה גל כבידתי.

ב. אז סוף סוף גילו שיש גלים כבידתיים?
לא, יש תצפיות על ההשפעה של גלים כבידתיים כבר 30-40 שנה, במערכות של פולסארים בינאריים שהמסלול שלהם משתנה בגלל פליטת גלים כבידתיים. הפולסארים האלה פעילים ומסלולם משתנה כל הזמן, וזה באמת מקרה בו חישבו איך הוא אמור להשתנות בגלל פליטת קרינת כבידה, ואז מדדו לאורך עשרות שנים וראו התאמה (וקיבלו על זה נובל ב1993). אז עדות לקיומם של גלים כבידתיים יש, מקובלת, תצפיתית, אבל עקיפה: שינוי מסלול, בתצפית לייב, לא מדידת הגלים עצמם.

ג. אז עכשיו מדדו באופן ישיר?
לא, גם המדידה הנוכחית היא לא ישירה; לא מדדו את הגלים הכבידתיים בגלאי כבידה אלא ראו את ה"חותמת" שלהם על קרינת הרקע הקוסמית, בצורת קיטוב שלה.

ד. אז מה קטע?
מה שכן חדש הוא המקור - בפולסארים המקור הוא מאקרוסקופי (כוכבים מסתובבים) - וכאן מדובר במקור קוונטי.

ה. ו....
והמשמעות העיקרית היא עדויות תומכות באינפלציה קוסמית. הטיעון הוא שהמקור של הגלים האלה הוא פלוקטואציות קוונטיות קצת אחרי המפץ הגדול - פלוקטואציות מאד קטנות. אבל, טוענים שלגלים האלה - אז - היתה השפעה על קרינת הרקע הקוסמית (CMB), ושאם אנחנו מסוגלים למדוד את ההשפעה הזו כחתימה על קרינת הרקע הקוסמית היום (שימו לב - לפני מדידות של גלים כבידתיים ממקורות מקרוסקופיים אסטרונומיים שפעילים היום!), שזה מה שהודיעו אתמול שמדדו בוודאות גבוהה - אז בהכרח היו גלים כאלה אז, ומה שיותר משמעותי, אם אז הם היו חלשים והיום ההשפעה כ"כ גדולה שאפשר למדוד אותה, אז בהכרח היתה "מתיחה", או מה שנקרא "אינפלציה".

ו. וזה טוב או רע?
אין טוב או רע, זה מדע. זה מעניין, וזה מגניב, וזה אומר שיהיה עוד כסף לתחום (אז לי זה בכלל אחלה); אבל אין מודלים "יפים" לאינפלציה עדיין, אז זה גם קצת מבאס. מצד שני, אולי זה אומר שיש מודל יפה שרק עוד לא מצאנו, ועכשיו ינסו יותר

**עדכון בעקבות דיון פופוליסטי משהו בין כמה פיגורות מובילות בעולם הדתי בפייסבוק על המשמעות התיאולוגית של התגלית:
ז. האם זו העדות המכריעה למפץ הגדול? או למה גרם לו?
לא, כבר עשרות שנים שאין (כמעט) אף אחד בעולם המדעי שעוד מפקפק או מחפש "עדות מכריעה" למפץ הגדול, זו סוגיה שהוכרעה מזמן מזמן (למעשה, עוד כשאיינשטיין והאבל (על שמו הטלסקופ עם התמונות הכי יפות שראיתם) היו בחיים) - מנסים להבין רק מה בדיוק היה האופי שלו. כמו-כן, במודל המקובל של המפץ הגדול אין משמעות לשאלות כמו "מה קרה לפניו" או "מה גרם לו", כי אלה שאלות תיאולוגיות ופילוספיות ולא מדעיות; כן יש בתגלית מידע חדש על מה קרה קצת אחרי המפץ הגדול, שזה מעניין. יש גם מי שמחפשים מודלים אלטרנטיביים למפץ הגדול (תכל'ס, עדיין היה מפץ גדול, אבל לא ממש-ממש מנקודה סינגולרית אלא רק מכמה חלקיקי שניה אחרי), אבל בתגלית הזו אין ממש בשורה בעניין.

הכוכב הזקן ביותר

בחיפושי אחר נושאים לדון בהם ב"חללית" נתקלתי בכתבה במגזין האינטרנטי Science Daily שכותרתה "אסטרונומים מצאו את הכוכב הזקן ביותר: נוצר מעט אחרי המפץ הגדול לפני 13.7 מליארד שנה". ההבנה שלי מהכותרת היתה שהכוכב עצמו הוא בן 13.7 מליארד שנה, דבר שהוא בלתי אפשרי לפי כל הידוע לנו כרגע. לא היה לי זמן לעבור על הכתבה במלואה, ולכן השארתי את העניין למועד מאוחר יותר. בזמן שהתדיינו לפני התכנית, יעל הילמן ציינה שקראה מאמר בנייצ'ר שכנראה דיבר על אותו כוכב, אבל שם לא צויין גיל. בשלב הזה כבר באמת הסתקרנתי. ניגשתי למאמר המקורי בנייצ'ר וגיליתי שאכן, הגיל כלל לא מופיע. מעבר חוזר על הכתבה הבהיר לי שהכותרת מבלבלת מאוד, ושלמעשה אין בה טענה על גיל הכוכב, אלא רק על כך שנוצר מעט אחרי המפץ הגדול.
וזה היה יכול להיות רק עוד סיפור על כמה חשוב לדייק בכותרות (מצד העורכים) ולהקפיד לקרוא בעיון (מצד הקוראים), אבל לשמחתי זה לא מסתיים בזה. כי עכשיו שכבר קראתי את המאמר לעומק, התחוור לי שגיל הכוכב הוא כלל לא העניין המרכזי, אלא נושא אחר לגמרי הקשור ביינון מחדש (reionization) של היקום על ידי הכוכבים הראשונים, וברגע שמתעלמים מהכותרת הכתבה דווקא עושה עבודה טובה בלהסביר את המאמר המקורי.

אז קודם כל רקע שנחוץ כדי להבין על מה מדבר המאמר. זה מעט סבוך, אז השתדלו לעקוב, ואשמח לענות על כל שאלה בנושא.
בראשית, היקום היה כל כך דחוס שפוטונים לא יכלו להתקדם יותר ממרחק זעיר לפני שהתנגשו בחלקיק כלשהו (אלקטרון או פרוטון). דבר זה מנע מהאלקטרונים והפרוטונים להצמד ולהפוך לאטום מימן, כך שלמעשה היקום כולו היה מיונן (יון הינו אטום עם מספר לא שווה של אלקטרונים ופרוטונים; במקרה הזה אנו מדברים על יונים של מימן, שהם פשוט הפרוטונים). עם הזמן, היקום התרחב, הצפיפות ירדה, ולבסוף הגיע מצב שבו החלקיקים האלמנטריים יכלו סופסוף להצמד וליצור את אטומי המימן הראשונים. זמן זה נקרא זמן הרקומבינציה (recombination, הרכבה מחדש), ועל פי מיטב ההערכות הוא קרה כשהיקום היה בן בערך 400,000 שנה.
אולם שם דברים לא הסתיימו. היות ואנו יודעים שהיום מרבית הגז הבין כוכבי הוא מיונן, היה צריך לקרות תהליך כלשהו שיינן מחדש את הגז ביקום. תהליך זה של יינון מחדש (reionization) לא יכל לקרות מעצמו, אלא היה צריך מקורות אנרגטיים מספיק על מנת ליינן את הגז. מהם בדיוק אותם מקורות היא שאלה שעליה מנסים לענות חוקרים רבים, ושמספר תיאוריות מנסות לענות עליה. אחת התיאוריות גורסת שהכוכבים הראשונים (המכונים כוכבים מאוכלוסיה III, ושהורכבו כמעט לחלוטין ממימן והליום) הם אלו שייננו מחדש את הגז, אך עם התיאוריה הזו הייתה בעיה עד היום. כוכבים מאוכלוסיה III צריכים היו להיות מסיביים מאוד (בין עשרות למאות מסות שמש, תלוי במודל; כוכבים כאלו לא נצפו עד היום באופן ישיר) ולכן גם קצרי חיים ביותר, ואת חייהם לסיים בסופר נובה. מרבית המודלים הניחו שהסופרנובות האלו היו מאוד אנרגטיות, וכאן הבעיה - סופרנובות כל כך אנרגטיות היו מפזרות יסודות כבדים מסביב מהר מאוד ומונעות יצירה נוספת של כוכבי אוכלוסיה III, ולכן לכוכבים אלה לא יכול היה להיות מספיק זמן כדי ליינן את הגז ביקום.

וכאן נכנס המאמר. קבוצת החוקרים זיהתה כוכב שלו שילוב של מאפיינים יחודיים, שביחד יכולים להצביע על פיתרון לבעיה. ראשית, התצפיות בשילוב עם מודלים מעידות שהגז שממנו נוצר הכוכב הועשר על ידי סופרנובה בודדת מכוכב במסה של כ60 מסות שמש; זה אומר שהכוכב נוצר בשלב מוקדם מאוד, שכן ככל שעובר הזמן הגז היה מועשר מעוד ועוד סופרנובות. שנית, הכוכב אינו מכיל כלל ברזל, דבר שמעיד שהסופרנובה הייתה באנרגיה נמוכה יחסית, בניגוד לציפיות של התיאוריה. הגילוי הזה יכול לרמוז על כך שהכוכבים הראשונים סיימו את חייהם בסופרנובות אנרגטיות פחות ממה שחשבו, ולכן היה להם יותר זמן ליינן את היקום. אם יתגלו עוד כוכבים כאלו, זה בהחלט יכול לשנות את הדרך בה אנו חושבים כרגע על הכוכבים הראשונים, ולהוות צעד חשוב בדרך להבנת היקום המוקדם.

עוד על הילות כוכביות של גלקסיות

בהקשר לפוסט הקודם, לגבי המאמר שטען שלהילות מסיביות יש הילה כוכבית עצומה, קבוצה אחרת של חוקרים טוענת שלגלקסיית השבשבת (Pinwheel Galaxy; M101) אין כמעט בכלל הילה כוכבית (http://www.newscientist.com/article/dn24993-dark-halo-around-spiral-galaxy-poses-stellar-mystery.html).
המאמר הזה הוא תוצאה ראשונה של מערך תצפיתי חדש שנקרא "מערך הטלפוטו שפירית". המערך נמצא בניו מקסיקו, ומשלב שמונה עדשות (!) שמסתכלות על אותה נקודה על מנת להשיג רמת תצפיות שלא הייתה קיימת לפני כן, בוודאי שלא מפני כדור הארץ. עם תוצאה כזו העתיד של המערך הזה נראה מעניין מאוד.



גלקסיית השבשבת, כפי שצולמה על ידי מערך השפירית. התמונה השמאלית העליונה היא התמונה המקורית, שמאלית התחתונה היא אותה תמונה לאחר ניכוי הרקע, והתמונה הגדולה מימין היא זום לאיזור של הגלקסיה עצמה. הצבעים במרכז הגלקסיה אינם צבעים אמיתיים, אבל הם מסמלים את פרופיל הצפיפות של הגלקסיה כפי שנצפה.

כפי שציינתי בפוסט הקודם, ההנחה הרווחת עד היום הייתה שכמעט לכל גלקסיה יש הילה כוכבית שמכילה לפחות כמה אחוזים ממסת הכוכבים בגלקסיה עצמה (וכפי שראינו בפוסט הקודם - עבור הילות מסיביות זה יכול להגיע גם להרבה יותר ממסת הכוכבים בגלקסיה). לגלקסיית שביל החלב, למשל, הילה כוכבית במסה של כ2% ממסת הכוכבים בגלקסייה, וזו של אנדרומדה מכילה כ4%. גלקסיות גדלות על ידי ספיחת גז וכוכבים שנופלים אליהן, בין אם במנותק מגלקסיות אחרות או כחלק מגלקסיות אחרות. ספיחה שבמנותק מגלקסיות אחרות היא יחסית איטית, ולכן לרוב יש צורך גם בבליעה של גלקסיות שלמות אחרות. עם זאת, אם הגלקסיה הנבלעת היא גדולה מדי, זה לרוב יערער את הגלקסיה הבולעת והיא תפסיק להיות שטוחה וספירלית ותהפוך להיות גלקסיה אליפטית. על כן התהליך שצפוי להיות המשמעותי ביותר בגידול גלקסיות הוא בליעת גלקסיות ננסיות, אבל בתהליך שכזה הגלקסיות הננסיות ישאירו מאחוריהן שובל של כוכבים שייצור את ההילה הכוכבית, כפי שתיארתי בשבוע שעבר. תוצאה שמראה שלגלקסיה כמו גלקסיית השבשבת, שלא נחשבת גלקסייה מאוד יוצאת דופן, כמעט ואין הילה כוכבית (המדידות במאמר מדברות על כ0.3% מהמסה הכוכבית בגלקסיה) עלולה להעמיד בספק חלק מהתיאוריה הנוכחית של היווצרות גלקסיות. עם זאת, כרגע מדובר רק בגלקסיה בודדת, ונצטרך לאמוד את ההילה הכוכבית של גלקסיות רבות נוספות על מנת לדעת האם מדובר בגלקסייה אחת ששוכנת בקצוות ההסתברות, או בתופעה שסותרת את ההבנה הנוכחית שלנו.

על הילות כוכביות של גלקסיות

בסמינר שהתקיים אצלנו דנו במאמר שכותרתו "היחס בין מסה כוכבית למסת הילה, ויעילות יצירת הכוכבים בהילות בעלות מסה גבוהה" (http://arxiv.org/pdf/1401.7329v1.pdf). המאמר דן בתצפיות מהעת האחרונה של צבירי גלקסיות, ומשתמש בהן כדי לבחון את התפלגות המסה הכוכבית בהילות חומר אפל מסיביות.
תצפיות של גלקסיות מראות תופעה שכונתה "הילה כוכבית" - ישנם לא מעט כוכבים שנמצאים מחוץ לגבול המקובל של הגלקסיה, לפעמים עד מרחק רב מהגבול, אבל בצפיפות נמוכה בהרבה מאשר בתוך הגלקסיה. עבור הילות קטנות, שמכילות גלקסיה בודדת, המסה הכוללת של הכוכבים האלו קטנה ביחס למסת הכוכבים בגלקסיה עצמה, אבל ההילה הכוכבית הזו נצפית כמעט בכל הגלקסיות. הנה מה שלמדתי מהמאמר הזה:

  • החוקרים טוענים שמחוץ לגבול המקובל של הגלקסיה בהילות במסות גבוהות מאוד (10^14 מסות שמש ומעלה) יש המון כוכבים - עד פי שלוש או ארבע (!) ממסת הכוכבים בתוך הגלקסיה. לטענתם, חוקרים קודמים השתמשו במודלים של פרופיל צפיפות שלא היו מפורטים מספיק, ושכאשר משתמשים במודל אותו הם מציעים ולא חותכים אותם ברדיוס קבוע מראש ממרכז הגלקסיה, מסת הגלקסייה גדלה משמעותית. 
  • ככל הנראה, הכוכבים בהילה הכוכבית מגיעים מגלקסיות שנפלו אל הגלקסיה המרכזית ופיזרו כוכבים תוך כדי הנפילה. זה אומר שיש הבדל בין הכוכבים בהילה הכוכבית לאלו שנוצרו בתוך הגלקסיה, וזה משמעותי כשבאים לפרש תצפיות על מנת להסיק כיצד נוצרה ההילה.

בעקבות התוצאות שלהם, החוקרים הגיעו לשתי מסקנות מעניינות מאוד:

  • יש צורך בשינוי ההגדרה של גבול הגלקסיה, כך שתכלול גם את ההילה הכובית הענקית הזו. 
  • בסימולציות של יצירת גלקסיות, שבהן בשנים האחרונות הייתה נטייה להשתמש במשוב חזק מהגרעין הפעיל של הגלקסיה מפני שחשבו שהסימולציות יוצרות יותר מדי כוכבים, יתכן ולא צריך להפעיל משוב חזק כל כך, היות ובעצם יש יותר מסה ממה שחשבנו קודם, ולכן הסימולציות קרובות יותר למציאות ממה שחשבנו.

שביט בעל שישה זנבות

התגלית מופיעה במאמר הבא:
http://arxiv.org/abs/1311.1483

החוקרים צילמו את השביט פעמיים בהפרש של שבועיים באמצעות טלסקופ החלל האבל, ובשני המקרים נראים שובלים מטושטשים שלטענתם הם זנבות (ראו תמונה מצורפת), והשובלים האלה משנים מעט את כיוונם בין תמונה אחת לשניה.
לפני שאכנס לפרטים של השביט הנוכחי, אני רוצה לציין שלמדתי הרבה על שביטים בזכות הסמינר המחלקתי שהועבר על המחקר הזה, ורוצה להודות לאלעד שטיינברג על שסיכם בצורה כל כך ברורה את הדברים.




התמונה מהמאמר. החיצים עם האותיות מסמנים את הזנבות השונים.


מסתבר שההבדל בין שביטים לאסטרואידים הוא לא מובן מאליו. כלומר, יש הגדרה שקשורה במסלול, כך ששביטים הם במסלול מאורך שעובר קרוב לשמש, בעוד שאסטרואידים הם במסלול מעגלי מרוחק (רוב אלה שאנחנו מסוגלים לראות מגיעים מהחגורה הראשית, שהיא באיזור צדק). על פי ההגדרות האלה, העצם שעליו אנחנו מדברים הוא בכלל אסטרואיד, אבל יש לו זנבות! זה מעורר תהיה כיצד נוצרו הזנבות, מכיוון שבמרבית השביטים שאנחנו מכירים, הזנבות נוצרים מכך שקרח (שממנו מורכב מרבית השביט) נמס בעקבות המעבר סמוך לשמש ומשתחרר, ובעקבות לחץ הקרינה שמגיע מהשמש האדים מתרחקים מהשביט. זה גם אומר שבמרבית השביטים, הזנב שאנו רואים אינו פונה מאחוריהם כי אם בכיוון הרחק מהשמש, מה שיכול להיות גם ממש בניצב לכיוון ההתקדמות שלהם! אם המים שמשתחררים מכילים גם חלקיקי אבל גדולים, קרינת השמש פחות מצליחה להעיף אותם, ואז יתכן ויווצר זנב נוסף שינוע מאחורי השביט, כמו שאנחנו רגילים. השביט הנוכחי, לעומת זאת, לא עבר קרוב לשמש מעולם, ולכן לא ברור מה גרם לו להתחיל לשחרר פתאום חומר לחלל.
הסברה הרגילה כשמדובר על שביטים של החגורה הראשית (קרי, אסטרואידים בחגורה הראשית שיש להם שובל) היא שהם התנגשו במשהו, והמכה גרמה לכיס גז באסטרואיד להתחיל להפלט. אבל במקרה הזה החוקרים ביצעו חישובים שהראו שששת הזנבות החלו להפלט כל אחד בזמן אחר, ולכן צריך היה שש פגיעות, דבר לא סביר. בנוסף, מכיוון שהזנבות פונים בכיוונים שונים ומשנים את כיוונם בצורה שונה עם הזמן, ההשערה היא שמדובר בחומרים שונים שמשתחררים. החוקרים עדיין עומלים בנושא, והשערות עולות ומופרכות, אבל אין ספק שזה שביט מעניין מאוד, ובתקווה גם ילמד אותנו לא מעט.

תחזית חודשית לגילוי חומר אפל

בעבר התפרסמו מספר כתבות לגבי כך שקבוצת חוקרים טוענת שניסויים שמטרתם לחפש חומר אפל צריכים לשנות את הציפיות שלהם לימים הטובים ביותר לעשות את זה. אסכם כאן בקצרה את העניין.

אנחנו לא יודעים מהו החומר האפל, אבל ההשערה המקובלת ביותר היא שהוא למעשה חלקיקים קטנים שמגיבים כמעט אך ורק לכבידה (או באנגלית Weakly Interacting Massive articles - WIMPs). גם בהנחה הזו, יש הרבה דברים שאנחנו לא יודעים על החומר האפל, כמו למשל מה הגודל של החלקיקים הבסיסיים, ומה המהירות הממוצעת שלהם, או האם הם מגיבים עם חלקיקי חומר אפל אחרים ומתחסלים תוך כדי יציר אנרגיה. אנחנו כן יודעים שנראה שגלקסיות מוקפות ב"הילה" של חומר אפל, שמשתרעת ממרכז הגלקסיה ועד הרבה מעבר לקצה שלה. אם החומר האפל אכן מורכב מחלקיקים קטנים שכאלה, אז סביר להניח שהרבה מאוד מהם חולפים דרכנו וסביבנו כל הזמן ולכן חלק קטן מהם יפגע ישירות בחלקיקים רגילים, וזה מעלה את האפשרות לגילוי שלהם.
אבל כמובן שדברים הם אף פעם לא פשוטים, ולכל ההשערות האלה יש להוסיף עוד מרכיבים. היות והשמש מסתובבת סביב מרכז הגלקסיה, זה אומר שהיא נעה ביחס להילת החומר האפל, ומהכיוון שאליו היא נעה אמור להגיע יותר חומר אפל. אבל גם כדה"א מסתובב סביב השמש, ולכן בתקופות שונות בשנה הוא זז במהירות שונה ביחס לחומר האפל; בתקופה בה כיוון התנועה שלו מקביל לכיוון התנועה של השמש (שיוצאת בקיץ) הוא יזוז מהר יותר ביחס לחומר האפל (ולכן יחלוף על פני יותר חלקיקי חומר אפל ויגדיל את הסיכוי לניסויים שמנסים לאתר חומר אפל לעשות זאת). כמה ניסויים למציאת חומר אפל מתבססים על ההנחה הזו, ושניים מהם אף דיווחו שהתוצאות שלהם מתאימות למה שמצפים.
אולם כעת ישנה קבוצה של חוקרים שטוענת שהמשיכה של השמש, שהוזנחה עד כה, יכולה לשנות את התוצאות, ובעיקר לשנות את הזמנים בהם אנחנו צריכים לצפות לשיא ושפל במעבר החומר האפל, ולהזיז את השיא מהראשון ביוני לכוון הראשון במרץ, כאשר עד כמה משיכת השמש תשפיע על התוצאות תלוי במסה במהירות של החלקיקים (דבר שכלל אינו ידוע). המשמעות העיקרית של המחקר הזה היא לאפשר לתחום בצורה טובה יותר את המהירויות והמסות האפשריות של חלקיקי חומר אפל, אבל גם זו התקדמות (ובמדע נדיר שדברים מתקדמים בקפיצות גדולות - בד"כ זה תהליך ארוך וכולל הרבה גישושים ותהיות).

החומר החסר עדיין חסר...

מתוך המאמר  http://arxiv.org/pdf/1312.6769v1.pdf.

המאמר נראה לי בתחילה כמאמר פשוט, שיש בו מעט מאוד להסביר, אבל ברגע שהתחלתי לנסות ולכתוב את זה גיליתי עד כמה הנושא הזה דורש ידע מוקדם. אני מתנצל מראש אם הפוסט הזה יוצא ארוך; אני מקווה שלפחות מי שיקרא אותו יצא עם הבנה טובה יותר של הילות חמר אפל ועוד כמה נושאים.

על פי התיאוריה השלטת, כל גלקסיה שוכנת בתוך הילה של חומר אפל, שמתפרשת עד למרחק גדול מקצה הגלקסיה. אך הילות חומר אפל הן מבנים יותר מסובכים משהתיאור הפשטני הזה מעביר; לא פשוט לקבוע היכן בדיוק הקצה שלהן. ההגדרה הסטנדרטית מתבססת על תיאוריה שנקראה התיאוריה הויריאלית, וקובעת את קצה ההילה במרחק בו הצפיפות הממוצעת של ההילה היא כפולה מסויימת של הצפיפות הממוצעת ביקום. בהתאמה, הרדיוס הזה נקרא הרדיוס הויריאלי. ההנחה הרווחת היא שהרוב הגדול של החומר שמשוייך להילה נמצא בתוך הרדיוס הזה. אבל הרדיוס הויריאלי הוא לא הרדיוס היחידי שאפשר להתייחס אליו בהקשר של הילות. בין השאר, יש מרחק מההילה בו המשיכה הכבידתית שלה מתנגדת בדיוק להתפשטות היקום, וגלקסיות (והילות) שימצאו מעבר לרדיוס הזה כבר לא יפלו אל עבר ההילה. הרדיוס הזה מכונה משטח מהירות האפס, והוא גדול פי כמה מהרדיוס הויריאלי.

ספירה של כלל החומר שנמצא בגלקסיות והילות שאנחנו רואים סביבנו נותנת צפיפות חומר באיזור שלנו שקטנה פי שלושה מצפיפות החומר הממוצעת ביקום, דבר שדורש הסבר. הסבר אפשרי אחד שכזה הוא שיש הרבה מאוד מסה שאינה בתוך התחום שבו מוגדרות בד"כ ההילות, כלומר בתוך הרדיוס הויריאלי שלהן. אם כך הדבר, מרבית הסיכויים שהחומר החסר הזה ימצא בנפח שבין הרדיוס הויריאלי לרדיוס מהירות האפס. בזה עוסק המאמר, והוא מנסה לבדוק האם ההסבר שתיארתי מעל נכון ע"י שימוש במהירויות נפילה של גלקסיות אל עבר הצביר וירגו (הצביר הקרוב ביותר אלינו). היות ומדידת מהירות הנפילה היא דבר לא טריוויאלי (מכיוון שמה שאסטרונומים מסוגלים למדוד הוא למעשה המהירות של הגלקסיות בקו שבינינו לבינן, ואז ישנם כל מיני מודלים וחישובים שמאפשרים להוציא את המהירות שלהן בכיוון הצביר), החוקרים (שכוללים, בין השאר, את האסטרונום המפורסם ברנט טלי) מדדו באמצעות טלסקופ החלל האבל את המרחקים והמהירויות של תשע גלקסיות שנמצאות בינינו לבין וירגו, כך שאין יותר מדי מהירויות נוספות שצריך להתחשב בהן בחישוב מהירות הנפילה של הגלקסיות לצביר. תשע הגלקסיות האלה נמצאות כולן בתוך משטח מהירות האפס של וירגו, ושתיים מהן בתוך הרדיוס הויריאלי שלו. זה מאפשר לחשב את המסה שבתוך הכדור שמוגדר על ידי משטח מהירות האפס, והמסה שהתקבלה מהחישוב הזה קרובה מאוד למסה שנהוג לייחס לוירגו בתוך הרדיוס הויריאלי שלו, מה שמצביע על כך שככל הנראה *אין* כמות גדולה של מסה שסובבת את וירגו, וכנראה שיש לחפש הסבר אחר לצפיפות החומר הנמוכה באזורינו.

פרוייקט אגורה

פרוייקט אגורה פרסם את המאמר המרכזי לאחר הסדנה שהתקיימה באוגוסט באוניברסיטת סנטה קרוז בקליפורניה (אחד מהקמפוסים היפים בעולם; הם ללא ספק נהנו בסדנה!). לא מדובר בפרוייקט מסירת החפצים הישראלי (agora.co.il, שאני ממליץ עליו ביותר, אך אינו קשור לעמוד הזה), אלא בפרוייקט שנועד להשוות בין קודים שונים של סימולציות יצירת גלקסיות. השוואה שכזו היא דבר חשוב, מכיוון שבקוסמולוגיה כמעט כל המחקר מתבסס על סימולציות, ולא כולם מתבססים על אותו קוד - יש הבדלים ביישום הנומרי ובתהליכים הפיזיקליים שמכניסים פנימה. למשל, יש קודים שמייחסים עוצמות שונות למשוב האנרגטי של החור השחור במרכז הגלקסיה, כמו גם איך האנרגיה שנפלטת ממנו מועברת לשאר הגלקסיה.
מצד אחד זה דבר טוב, כי זה אומר שיש ביקורת על התוצאות; מצד שני, קשה מאוד להשוות בין התוצאות כדי לתת את הביקורת הזו, כי אנחנו עדיין לא בטוחים מה עושה כל תוספת לקוד וכמה זה תלוי באפקטים נומריים. זו המטרה העיקרית של הפרוייקט - ליישר קו, כך שיהיה ברור מה עושה כל קוד ביחס לאחרים. זה נעשה על ידי קריאה לכותבי הקודים להשתתף בפרוייקט, ואז מחלקים לכל מי שמשתתף תנאי התחלה זהים ובודקים איך הסימולציות מתפתחות בקודים השונים. זה מאפשר לזהות איזה קודים גורמים ליותר יצירת כוכבים או פחות רוח גלקטית, וכולי. יתכן ועל הדרך יהיה ניתן גם לזהות איזה תהליכים תלויים מאוד בפרמטרים הנומריים של הסימולציה (כמו רזולוציה) וכיצד תהליכים שונים משפיעים על התפתחות הגלקסיה.
זו לא הפעם הראשונה שפרוייקט כזה נעשה, אבל בעבר הפרוייקטים התמקדו בסימולציות של חומר אפל בלבד או בקודים של מציאת הילות וגלקסיות בתוך הסימולציה; זו הפעם הראשונה שנעשה נסיון להשוות בצורה מסודרת בין סימולציות הידרודינמיות, שמכילות גם גז ותהליכים של הווצרות כוכבים וקרינה. אלה סימולציות מסובכות ויקרות חישובית בהרבה, ומספר התהליכים שניתן להוסיף (ולכן גם מספר הוריאציות בין קודים) הוא גדול מאוד. פרוייקט השוואה שכזה הוא דבר חשוב מאוד על מנת שנוכל להתקדם הלאה ושמדענים יוכלו להבין כמו שצריך מה סימולציות של אחרים אומרות לגבי המחקר שלהם עצמם.

הערכות למספר כוכבי לכת דמויי ארץ

קבוצת חוקרים פרסמה מאמר שמתבסס על הנתונים מטלסקופ החלל קפלר, שמשימתו הייתה לאתר כוכבי לכת סביב כוכבים בגלקסיה שלנו (ושלצערנו סובל מתקלה טכנית שככל הנראה סיימה את ימיו ככלי מדעי רציני). קפלר עשה זאת על ידי צפייה פחות או יותר קבועה בהמוני כוכבים, ורישום שטף האור שמגיע מהם. כוכבים שלהם כוכב לכת שחולף על פניהם ביחס לכדה"א ירשמו ירידה בשטף, וכך הם מתגלים.
המחקר מעריך כמה כוכבי לכת דמויי ארץ (בעלי רדיוס דומה ושמקבלים שטף דומה) נמצאים מסביב לכוכבים דמויי שמש. הם ביצעו חיפוש עצמאי במאגר המידע של קפלר, והגבילו את עצמם לכוכבים דמויי שמש הבהירים ביותר, כי הם המועמדים הטובים ביותר. לאחר מכן, הם תיקנו את התוצאות לפי מודל שבנו ושמעריך כמה כוכבי לכת לא קפלר פספס כי הם לא חולפים בינינו לבין הכוכב שלהם או כי קפלר לא יכול היה להבחין בהם בזמן ובדיוק שהיה לו, בין אם מבחינת זמן או מבחינת עמעום האור (לצורך ההמחשה, צופה מרוחק יראה את כדה"א מעמעם את אור השמש פי 1 חלקי 10000 ל12 שעות, פעם ב365 ימים; כוכבי לכת קטנים ושרחוקים מהכוכב שלהם קשים מאוד לזיהוי).
מתוך התוצאות שלהם, ביצעו החוקרים ניתוח סטטיסטי והעריכו כמה כוכבי לכת בגודל דומה לכדה"א נמצאים ב"תחום הישיב" מסביב לכוכבים דמויי שמש. התוצאות שלהם הן בין 6% ל50%, תלוי מה נלקח להיות התחום הישיב.

יש לשים לב שאף אחד מה"גילויים" שלהם ככוכבי לכת לא אומת, וגם הסטטיסטיקות כולן מתבססות חזק על המודל שהם בחרו. בפיזיקה לרוב נוטים להמנע מהשערות סטטיסטיות שכאלה, מכיוון שבחירה בכלים סטטיסטיים שונים יכולה להניב תוצאות שונות לחלוטין, במיוחד כשהמידע שעליו מתבססים הוא בעצמו הסקה סטטיסטית ממידע קיים.
עם זאת, טוב לראות שהמידע פתוח לכל ושאנשים עושים בו שימוש, גם אם המאמר הנוכחי הוא לא יותר מתחזית ספקולטיבית שרחוקה מאישוש.

נאס"א שוקלת לשנות את שיטת סריקת השמיים של טלסקופ החלל פרמי

פרמי הוא טלסקופ חלל של נאס"א שצופה בקרני גאמא. בחמש השנים מאז השיגור שלו הוא סקר את כל השמיים פעם בשלוש שעות, בנסיון לגלות התפרצויות קרני גאמא. עכשיו בנאס"א שוקלים לשנות את צורת הסקירה שלו לכזו שתעניק את מירב הזמן למרכז הגלקסיה שלנו. עד היום הטלסקופ סקר את כל השמיים באופן אחיד פעם בשלוש שעות; בתכנית החדשה הטלסקופ עדיין יסרוק את כל השמיים לפחות פעם ביום, אבל יתן דגש לצפיה במרכז הגלקסיה, פשרה שתאפשר להמשיך לקבל מידע על כל השמיים אבל בתקווה תאפשר לנו ללמוד דברים נוספים שלא ניתן לראות במקומות אחרים.
באמצעות השינוי הזה מקווים להשיג מספר מטרות:

  •  למצוא עוד פולסרים (כוכבי ניוטרונים שמסתובבים במהירויות עצומות ופולטים קרינה בכיוון מסויים, כמו מגדלור) בגלקסיה שלנו, מה שיאפשר לנו לחקור את העצמים המעניינים האלו בצורה טובה יותר. 
  • לצפות באירוע נדיר שעומד לקרות בקרוב - נפילה של ענן גז לתוך החור השחור שבמרכז הגלקסיה שלנו, דבר שהוא הזדמנות של פעם בחיים, ושבתקווה יאפשר לנו ללמוד הרבה על מה קורה בסביבה של חורים שחורים סופר מסיביים ומה קורה בעת נפילה של חומר אליהם.
  • לבדוק סיגנל חמקמק שנראה בפרמי בעבר ושעלול להיות אינדיקציה לקיומו של חומר אפל מסוג מסויים.

על הנקודה האחרונה יש טעם להרחיב. לפני כשנה וחצי שמו לב שבמדידות של פרמי ישנו סיגנל בתחום מאוד צר סביב 130 ג'יגה אלקטרון וולט, אבל מאז הסיגנל לא התחזק ולכן אי אפשר לקבוע בוודאות אם זה סיגנל אמיתי או בעיה במכשיר. אם זה סיגנל אמיתי, זו תגלית אמיתית, מכיוון שאין אף אינטראקציה שאנחנו מכירים שמשחררת קרינה בתדירות כזו, אבל יש תיאוריה מסויימת של חומר אפל שחוזה שחומר אפל שמשמיד את עצמו יפלוט קרינה שכזו. אם החומר האפל ביקום אכן מתאים לתיאוריה הזו, באיזור מרכז הגלקסיה אמורים להתרחש יותר אירועים כאלה של השמדה ולכן אנחנו אמורים לראות את הסיגנל מתחזק. מצד שני, הרבה אנשים מפקפקים בזה שהסיגנל הזה אמיתי, מכיוון שהוא נמצא בתחום מאוד מאוד צר, מתחת לרמת הדיוק של הטלסקופ, ומכיוון שיתכן שיש סיגנל דומה מהזמן שפרמי צפה בשוליים של כדה"א, דבר שלא אמור לקרות אם מדובר בחומר אפל.

כרגע מעריכים בנאס"א את ההתכנות הטכנית של תכנית סריקה חדשה שכזו (זה צריך לבדוק האם הטלסקופ מסוגל להתמודד עם חשיפה ארוכה לקרינה הרבה יחסית במרכז הגלקסיה, והאם המנגנונים שלו יעמדו בסיבובים הרבים שזה מצריך), כך שנאלץ לחכות ולראות האם אכן היא תתקבל.

אסופת דברים מעניינים

מספר דברים שלמדתי לאחרונה:
  • הסיבה שבגללה אנו רואים כוכבים מנצנצים היא שהאוויר באטמוספירה נע בצורה מערבולתית, וישנם איזורים עם אדוות קטנות של אוויר; מכיוון שכוכבים רחוקים נראים קטנים, האדוות האלה, למרות שהן קטנות, גדולות מספיק כדי לכסות חלק גדול ממה שאנו רואים מהכוכב. אור שעובר דרך האדוות מפוזר לכל מיני כיוונים, ולכן זה נראה לנו כאילו הכוכב מנצנץ. כוכבי לכת, למשל, לא ינצנצו בשמיים מפני שהגודל בו הם נראים לנו גדול מספיק כדי שאדוות שעוברות על פניהם לא יעשו אפקט משמעותי.
    עד כאן לא מדובר בידע חדש במיוחד, ואני בטוח שחלק לא מבוטל מהעוקבים כבר שמעו על התופעה הזו בעבר. מה שגיליתי שאני מקווה שכן יחדש לכולם זה שהתופעה הזו לא מוגבלת לכדור הארץ - גם טלסקופים בחלל רואים לפעמים נצנוצים. כמובן, זה לא יכול לקרות בגלל הפרעות אטמוספריות; זה קורה בגלל שהאור מכוכבים רחוקים עובר לעיתים דרך אובייקטים בדרך, כמו ענני גז ואבק. במקרים מסויימים אף ניתן להסיק מכך על הרכב ומיקום של מה שבינינו ובין הדבר עליו אנחנו מסתכלים.
  • אסטרואידים זה דבר מסובך. ההבנה התיאורטית שלנו עדיין לוקה בחסר (יש מספר מודלים לגבי הווצרות ומבנה האסטרואידים, וחלקם משתנים בהתאם לגודל האסטרואיד), ומכיוון שרובם לא מאוד גדולים וכן די רחוקים, קשה מאוד לראות אותם ישירות ברזולוציה טובה. מכיוון שכך, משתמשים בתצפיות ארוכות, בהן רואים את ההארה של האסטרואיד משתנה מכיוון שהוא מסתובב ומפנה אלינו פנים שונות, ואז משווים את התצפיות האלה למודלים על מנת לקבל את הגודל והצורה שלהם (את תדירות הסיבוב ניתן לקבל מהמחזוריות של שינוי ההארה).
  • אחת השיטות שמשתמשים בהן כדי להשיג תצפיות טובות יותר נקראת אופטיקה מתכווננת (adaptive optics) - היא נועדה להתגבר על הפרעות אטמוספריות שנובעות מכך ששכבת האוויר בין הטלסקופ לחלל אינה אחידה, והמערכת מורכבת מלייזר רב עוצמה (כל כך רב עוצמה שצריך מישהו לשבת עם אצבע על הכפתור למקרה שבטעות עובר שם כלי טיס כלשהו) שנורה אל השמיים לפני התצפית ומאפשר לקבל מיפוי של צפיפות האוויר עד לגובה מסויים, ומהמוני בוכנות קטנות שמשנות את המשטח של מראות הטלסקופ כדי לתקן את העיוותים שנגרמים בגלל האטמוספירה. אני לא יודע מה איתכם, אבל אותי זה מגניב לגמרי.
  • ישנו מליארדר רוסי בשם יורי מילנר, יזם אינטרנט ופיזיקאי, שהקים עמותה לחלוקת פרס חדש בפיזיקה, שנכון להיום הוא הפרס האקדמי הגדול ביותר בעולם - כשלושה מליון דולר לזוכה (ויש שלושה כאלו בכל שנה), פי שלושה מסכום הזכיה בפרס נובל; בנוסף לכך, המתמודדים שהגיעו לשלב האחרון ולא זכו מקבלים 300,000 דולר כל אחד ומועמדים אוטומטית בחמש השנים הבאות, וישנו גם פרס של 100,000 דולר שמיועד למדענים צעירים ומבטיחים. יש מספר דברים מעניינים בנוגע לפרס הזה:
    1. כל אחד יכול להציע מועמדים באתר של קרן הפרס.
    2. בניגוד לנובל, הוא מחולק קרוב מאוד לגילוי שעליו הוא הוענק. בעוד שבועדת פרסי הנובל מבקשים לבדוק לאורך זמן את שרידות התיאוריה והממצאים ולוודא שמדובר במשהו אמיתי, ולכן מחכים עם הענקת הפרס לרוב בין 10 ל20 שנים לאחר הגילוי, מילנר מעוניין לעודד תגליות מבטיחות ולא לחכות לשלב בו זוכי הפרס כבר מבבוססים (ולעיתים מבוגרים וקרובים לסוף הקריירה שלהם), שלב בו סכום הפרס כבר לא משפיע משמעותית על היכולת שלהם להמשיך או לשפר את המחקר שלהם. 
    3. ועדת הפרס אינה הרכב קבוע, אלא מורכבת מהזוכים של השנה שעברה! זה אומר שאת הזוכים בכל שנה בוחרים מדענים פעילים בתחום, ולא אנשים שרגילים לשבת בועדות. קשה לדעת בודאות, אבל יתכן שזה גם מצמצם את כמות הפוליטיקה שנכנסת לשיקולי הפרס.

ביקורו של פרופ' דיוויד ספרגל

בעבר התארח אצלנו במכון פרופסור דייויד ספרגל, אסטרונום מהשורה הראשונה שמפורסם בעיקר בזכות היותו אחד מהחוקרים הבכירים במשימת WMAP, שצפתה בקרינת הרקע הקוסמית. הוא השתתף במספר אירועים, רשמיים יותר ופחות, ושמענו ממנו הרבה סיפורים ותגליות. הנה סיכום קצר של החלק של המדע הקשה:


  •  פרופ' ספרגל דיבר הרבה על פלנק, טלסקופ החלל שצופה כרגע בקרינת הרקע הקוסמית ושתוצאות ראשונות ממנו פורסמו לא מזמן. מסתבר שלפלנק יש שני סטים של מכשריים, אחד שמיועד לתדרים גבוהים והשני שמיועד לתדרים נמוכים. הטלסקופ סיים לא מזמן את עונת התצפית החמישית שלו (עונה = חצי שנה, שזה הזמן שלוקח לטלסקופ לעשות תצפית של כל השמיים), ובכך הסתיים החלק של המכשור לתדרים גבוהים, היות והמכשור הזה דורש קירור ונוזל הקירור נגמר. 
  • העניין העיקרי בתוצאות שפורסמו על ידי הצוות של פלנק הוא מכיוון שהפרמטרים הקוסמיים שהם פרסמו שונים לא במעט מהפרמטרים שהיו מקובלים עד כה. כמובן, זה לא בלתי אפשרי, ושינוי מסויים אפילו צפוי היות ופלנק הוא טלסקופ רגיש יותר ומדוייק יותר מWMAP, אבל ההבדל הוא מעט גדול מדי מכדי שקוסמולוגים רבים ירגישו נוח איתו. דבר נוסף הוא שישנם מקורות אחרים שנותנים הערכה על הפרמטרים הקוסמיים, ופלנק נותן הערכה שנמוכה מכולם. פרופ' ספרגל הראה שכאשר ביצע ניתוח אחר לידע של פלנק, שלטענתו נכון יותר ומטפל טוב יותר ברעש מהגלקסיה שלנו, התוצאות קרובות בהרבה לאלו של WMAP. 
  • לפלנק יש מספר בעיות ידועות, כמו שהמכשירים של התדירויות הגבוהות, שלא אמורים להיות קשורים אחד לשני, מקוררים כולם על ידי אותו מכשיר קירור, והוא לא ברמה שהוא אמור היה להיות מכיוון שלהמתין למכשיר שיעמוד בדרישות היה דוחה את השיגור. פועל יוצא מזה הוא שבמידה ומכשיר הקירור תפקד בצורה לא מספיק טובה, כל המכשירים היו עלולים להתחמם בו זמנית, דבר שגורם לשגיאות בכולם, מה שהופך את התוצאות שלהם לקשורות. 
  • באופן כללי, התוצאות של פלנק עדיין מאוד חדשות, ויש דיונים וויכוחים רבים לגבי כיצד יש לנתח את המידע שמפיק הלוויין וכיצד להשתמש בו. זה מדגיש את החשיבות שבביקורת עמיתים ומידע פתוח במדע, ובכך שאנשים נוספים יסתכלו במידע ויביאו את נקודת המבט שלהם. זה מתקשר לנקודה נוספת שעלתה מסיכום של מישהו שחזר מכנס ביפן - מסתבר שמרבית התגליות שנעשו מהמידע שסיפק טלסקופ החלל פרמי כלל לא נעשו על ידי הצוות ששלח אותו, אלא על ידי אנשים אחרים שהשתמשו במידע. העובדה שמידע מדעי פתוח גם לאנשים שלא עובדים עליו, במיוחד כיום כשכמויות המידע הן עצומות, מצמצמת את האפשרות שמשהו יתפספס. בנוסף, זה מאפשר לקבוצות בעלות תקציב מצומצם לקיים מחקר ולבדוק רעיונות גם בלי להזדקק לטלסקופ משל עצמן.




בנוסף, פרופ' ספרגל היה מלא בסיפורים ואנקדוטות:

  • אחת מהבעיות שקשורות למכשור בפלנק היא תנודתיות שנצפתה בתדירות של 60 הרץ. זו התדירות של זרם החילופין בארה"ב, ולכן יש השערה שהתנודתיות הזו קשורה למכשיר מסויים שמספק מתח; אך המכשיר עצמו יוצר בבריטניה, שם התדירות היא 50 הרץ, ולכן לא ברור מה בדיוק העניין. 
  • באנטרקטיקה אסור להקים בסיסים צבאיים, שכן זה איזור שמוכרז באמנה בינלאומית כלא שייך לאף מדינה. על כן ארה"ב בנתה שם רק בסיסי מחקר, אך הם מצויידים על ידי הצי האמריקאי... בין השאר, לקרן הלאומית למחקר של ארה"ב יש שורת תקציב שמיועדת למחקר באנטרקטיקה, ולכן פרוייקטי מחקר כמו טלסקופ הקוטב הדרומי (SPT) הם פרוייקטים שמתוקצבים היטב. 
  • הלווין של WMAP סיים את משימתו לאחר כתשע שנים, והשתמש בשאריות הדלק שלו על מנת להדליק את המנועים ולדחוף את עצמו הרחק מL2 (אחת מנקודות שיווי המשקל בין כדה"א לשמש) ולעבר מסלול סביב השמש. 
  • כאשר בנו את הלוויין של WMAP, חתמו על חוזה עם חברה שהייתה אמורה לספק מראה בעלת נתון מסויים. כשהמראה סופקה, התברר שהנתון המסויים הזה הוא רק בחצי מהערך שסוכם עליו. להחזיר את המראה לחברה היה עולה בדחיית השיגור בשנה ותשלום משכורות במשך כל השנה הזו, מה שהיה גורם להם לחרוג בהרבה מהתקציב, אז הם עשו מספר חישובים וגילו ששימוש במראה כפי שהיא כרגע במשך שש שנים יניב את אותו מידע כמו אם ישתמשו במראה כפי שהייתה אמורה להיות במשך חמש שנים. כמובן שבחרו להשתמש במראה כפי שהיא. 
  • מסתבר שבארה"ב פועל משרד בשם "משרד המעקב הלאומי", ושהוא מנהל תכנית חלל עצומה של מספר לא ידוע של לווינים וטלסקופים. בין השאר, הוא מחזיק כ16 טלסקופים בקנה מידה לזה של האבל - מילותיו של ספרגל היו "יש 17 טלסקופים כמו האבל בחלל - אחד פונה כלפי מעלה, ו16 כלפי מטה". לכל המעוניין, ניתן לקרוא על התכנית כאן: http://en.wikipedia.org/wiki/KH-11_Kennan. כנראה והתכנית הזו קשורה לשני לוויני הריגול שניתנו במתנה לנאס"א לפני זמן מה. 
  • למעשה, טלסקופ החלל האבל תוכנן להיות עם מראה בקוטר של 2.5 מ', אבל כאשר הם פנו לחברה שמייצרת את המראות היא אמרה להם שמראה בגודל כזה תצריך פיתוח ותעלה כסף רב; אבל אם הם יכולים להסתפק בקוטר של 2.4 מ', לחברה יש כמה במחסן, והם יכולים לקבל אחת במחיר זול בהרבה... 
  • טלסקופ החלל ג'יימס ווב, שנאסא עובדת עליו כרגע, תוכנן במקור להיות בקוטר 4 מ', שזה גודל שיכול להכנס בתוך השלב העליון של הטילים שבהם משתמשת נאס"א. אך מישהו בצמרת נאס"א טען שהם מסתפקים במועט, ושהטכנולוגיה משתנה, ושבחצי מליארד דולר (סכום זעיר כשמדברים על טלסקופ חלל גדול) הם יוכלו להעלות לחלל טלסקופ בקוטר של 8 מ'! לאחר פיתוח ארוך והקטנת הטלסקופ ל6 מ', התקציב עומד כרגע על 8 מליארד דולר, ולנאס"א הובהר שהם לא יקבלו מהקונגרס אפילו אגורה נוספת... ומכיוון שהטלסקופ עדיין גדול מכדי להכנס לטיל, הוא מכוון להפתח כמו שושנה לאחר שיגיע למסלולו, תהליך מסובך שמייקר מאוד את הכל.

סוף כל הסופים

עתיד היקום הוא שאלה שסקרנה את האנושות מאז ומתמיד. אפשר לשרוף עשרות רשומות בשביל לתת סקירה הסטורית של הגישות השונות מאז הבבלים ועד היום, אבל אני אסתפק בסקירה קצרה (מאוד) של שינויי הגישה מאז תחילת המאה ה-20, על מנת להסביר את העובדה המעניינת שתגיע בסוף. ייתכן ובעתיד אכתוב רשומה רצינית בנושא, אבל לא כרגע.
בתחילת המאה ה20 הגישה השלטת הייתה שהיקום היה קיים מאז ומעולם, וימשיך להתקיים כפי שהוא לתמיד. הגישה הזו נתקלה בבעיה רצינית עם פרסום המאמר המפורסם של אדווין האבל ב1929, שבו הראה שככל שגלקסיה מרוחקת יותר מאיתנו, היא מתרחקת מאיתנו במהירות גדולה יותר, ולמעשה הראה שהיקום מתרחב מנקודה אחת אי שם בעבר (אישוש תצפיתי לתאוריית המפץ הגדול). הדבר גרר ויכוחים רבים, אך בסופו של דבר התקבעה המוסכמה שהיקום אכן מתרחב מאז היווצרו. אך סופו של היקום לא היה ברור, היות וזה תלוי בפרמטרים שונים שקשה להבדיל ביניהם בעידן הנוכחי של היקום. מרבית המדענים הסכימו שהיקום כנראה ימשיך להתפשט לנצח, אך חלק מהמדענים דגלו בתיאוריה לפיה התפשטות היקום תעצר בשלב מסויים, ואז היקום יחל לקרוס אל תוך עצמו ("המעיכה הגדולה"). רובם האמינו שלאחר המעיכה הגדולה יחל מפץ גדול נוסף, וכך בצורה מחזורית; בצורה כזו ניתן לחזור לרעיון של יקום שקיים מאז ולתמיד. בתחילה התיאוריה הזו נראתה מושכת, אך מהר מאוד התברר שחוקי התרמודינמיקה מחייבים שבכל מחזור האנטרופיה תגדל, ולכן המחזורים ילכו ויתארכו, מה שאומר שאם נעקוב אחרי המחזורים אחורה שוב נחזור לנקודה סינגולרית בה המחזור הוא אפס, כלומר סוג של מפץ גדול, ולכן העניין בתיאוריה הזו ירד משמעותית, יחד עם מדידות חדשות שהראו שההסתברות לכך שהיא נכונה קטנה.
בהעדר הפתרון המחזורי, ההסכמה בין המדענים היא על כך שהיקום ימשיך להתפשט לנצח. ב1998 התברר שהיקום לא רק מתפשט, אלא שההתפשטות הזו מואצת. זה הביא את הקוסמולוגים להחזיר לחיים את הקבוע הקוסמולוגי של איינשטיין תחת השם "אנרגיה אפלה" בתור מה שמניע את האצת ההתפשטות, שזה מעט אירוני היות ואיינשטיין הוסיף את הקבוע הקוסמולוגי למשוואות שלו כדי לאפשר פתרון של יקום סטטי. הפתרון הראשון, והמקובל ביותר, הוא "מות החום" - סוף שבו הגלקסיות מתרחקות אחת מהשנייה לנצח תוך כדי שהן מכלות את האנרגיה של עצמן ולבסוף שטות כגושים קרים של חומר שלעולם לא יפגשו עוד כלום. פתרון נוסף שהוצע הוא "הקריעה הגדולה" - המשוואות לא פוסלות מקרה של אנרגיה אפלה מוזרה במיוחד, שצפיפותה הולכת וגדלה עם הזמן. במקרה כזה התפשטות היקום לא רק מאיצה, אלא שקצב ההאצה גדל עם הזמן, ואז לא רק שהגלקסיות יתרחקו אחת מהשנייה לנצח, אלא שבאיזשהו שלב ההתפשטות תהיה מהירה כל כך שבסופו של דבר כל החומר ביקום, החל מגלקסיות, דרך כוכבים, עבור במולקולות, וכלה בחלקיקים הקטנים ביותר שאנו לא בטוחים שגילינו, כולם יקרעו לגורמים, והיקום יסיים את דרכו כחלל ריק שבו מעט אנרגיה שהולכת ומתפשטת, סוף קודר לכל הדעות.
וכל זה מוביל לעובדה שבשבילה נכתבה כל ההקדמה הזו - לאחרונה הראתה קבוצת חוקרים שישנם פתרונות מסויימים של "הקריעה הגדולה" שיכולים, בהנתן התנאים הנכונים, לגרום לכך שאזורים שונים יקרסו חזרה לתוך עצמם ויגרמו ל"מפצים גדולים קטנים" שיקרו באזורים שאין ביניהם כל קשר, ויכולים אף להוביל ליקום מחזורי. זה לא יעזור לנו (שכמובן נהיה מתים מספר קשה לקליטה של שנים עד אז), או אפילו לצאצאים שלנו, במידה והם ישרדו עד אז - ה"קריעה הגדולה" תשמיד כל דבר ביקום, והקריסה שתבוא אח"כ תשמיד את כל מה שיווצר לאחר מכן; אבל זה לפחות מעניין יותר מחלל קר שפשוט שוכב שם עד אינסוף.

דברים מעניינים על גלים כבידתיים

מספר דברים מעניינים שלמדתי על גלים כבידתיים:

מסתבר שכשזוגות גורמים שמימיים (בעיקר כוכבים וחורים שחורים) מסיביים מסתובבים זה סביב זה, חלק ניכר מהאנרגיה הכוללת במערכת (כלומר, כולל את האנרגיה ששמורה במסה שלהם), עד כמה אחוזים, יכולה להשתחרר כגלים כבידתיים! האנרגיה הזו משתחררת לאורך זמן ארוך, אך בהרבה מקרים זו הדרך המשמעותית ביותר של איבוד אנרגיה לזוגות שכאלה, וזה מה שגורם להם להתקרב אחד לשני עד שבסוף הם מתנגשים.
 

על פי המודלים הנוכחיים, ובהנחות סבירות על עוצמת גל הכבידה ומרחק המקור מכדור הארץ, ההשפעה של גל כזה על מכשיר מדידה בכדה"א היא מזערית, כ22-^10 (כלומר 0.0000000000000000000001) מגודל המכשיר! על מנת לנסות ולאתר גלים שכאלה בכל זאת, נבנו מכשירי מדידה מהגדולים שנבנו אי פעם. המכשירים מבוססים על אינטרפרומטר מייקלסון, שהוא המכשיר בו השתמשו מייקלסון ומורלי בניסוי המפורסם שלהם, אך על מנת לזהות את התנודות המזעריות הוארכו הזרועות לאורכים גדולים משמעותית; המכשיר הקטן מתוך הקבוצה הזו הוא הGEO600, שאורך הזרועות שלו הוא רק כ600 מטרים. פרט אליו ישנם את הפרוייקטים VIRGO וLIGO, שהזרועות שלהם באורך 3 ו4 ק"מ, בהתאמה. לעתיד מתוכננים פרוייקטים נוספים, כגון CT, שזרועותיו יהיו באורך של 10 ק"מ, וLISA, שהוא ניסוי שמתוכנן לחלל, ולכן יוכל להתפרש על מרחקים עצומים באמת - כמליון קילומטר! המכשירים האלה כל כך רגישים, שבמשך זמן רב הם היו בעיקר סייסמוגרפים מאוד יקרים ומאוד מדוייקים - הם הרגישו כמעט כל רעידת אדמה שקרתה על כדה"א, גם את החלשות ביותר. היום החוקרים מאמינים שלמדו להתגבר על רעשי הרקע האלה.

 על מנת לוודא שהמערכת הענקית הזו, שמורכבת ממאות מדענים ואינספור מכשירים, עובדת כמו שצריך, מספר מדענים ראשיים בצוות הרעידו את אחת המראות של LIGO בצורה שבה מצפים שהיא תרעד כאשר יעבור דרך המכשיר גל כבידתי. פרט לקומץ האנשים האלה, איש לא ידע על המתיחה הזו, ובמשך כחצי שנה הפרוייקט היה כמרקחה, כשאנשים מתווכחים על אמינות הגילוי, משקיעים המוני שעות לוודא שהכל כמו שצריך, ואף מנסחים מאמר שיכריז על הגילוי, עד שאותה קבוצה נבחרת גילתה שהכל היה חלק מבדיקת המערכת. זה סיפור נפלא בעיני, על הרצינות בה לוקחים מדענים רציניים את האמינות של המערכות שאותן הם בונים, על המכשירים והאנשים שבהן.

יום שלישי, 13 במאי 2014

משוב בגלקסיות



התמונה למעלה ממחישה את ההבדלים בגודל של גלקסיות שונות. התמונה עצמה יפה מאוד ומעניינת, אך הסיבה שבגללה אני בחרתי לשתף אותה היא כי הגדלים שרשומים ליד הגלקסיות הם, בהרבה מקרים, דווקא לא של הגלקסיה עצמה, אלא של המרחקים אליהם מתפרש גז שנזרק מהגלקסיה בצורות שונות. הדבר ממחיש בצורה טובה מושג שהוא היום אחד מעקרונות היסוד בהבנה שלנו של היווצרות גלקסיות - המשוב.
משוב בהקשר הזה הוא אוסף של תהליכים שגורמים לגז שבגלקסיות להשאר חם לאורך זמן, כך שלא כולו הופך לכוכבים בזמן קצר. ישנם תהליכים רבים שיכולים לגרום לגז להתחמם, אך אלו האלימים ביותר הם אלו הנובעים מגרעיני גלקסיות פעילים (Active Galactic Nuclei; AGN) וסופרנובות.
AGN הוא חור שחור סופר מסיבי במרכז הגלקסיה, שהחומר שנופל אליו נאסף בדיסקה ומסתובב סביבו. החומר נעשה דחוס ומסתובב מהר כל כך, שהרבה מאוד קרינה נפלטת ממנו, וזו יכולה לחמם את הגז. בנוסף, במקרים רבים, נוצרים סילוני ענק בניצב לדיסקה, והסילונים האלה מאיצים חומר למהירויות קרובות מאוד למהירות האור ויכולים להתפרש למרחקים שגדולים פי כמה מגודל הדסקה כולה, כפי שניתן לראות בתמונה בגלקסיות הרקולס A וסיגנוס A.
סופרנובות הן כוכבים שמתפוצצים בעוצמה אדירה ומעיפים את מרבית החומר שלהם במהירויות אדירות לכל הכיוונים, והחומר הזה סוחף איתו גז למרחקים גדולים ומחמם את הגז שנשאר. סופרנובה אחת לא תשפיע משמעותית על הגלקסיה, אך בממוצע יש סופרנובה פעם בכמאה שנים, זמן מזערי ביחס לחיים של גקסיות, כך שהאנרגיה מסופרנובות מצטברת עם הזמן.
תהליך נוסף שיכול לגרום לגז להתפזר למרחקים שכאלה מסביב לגלקסיה הוא גלקסיה אחרת שחולפת בסמוך לה, כמו למשל במקרה של NGC 6670.