כיצד פועל הטלסקופ בקוטב הדרומי שגילה את גלי הכבידה שנוצרו בעקבות המפץ הגדול?

Warning: Creating default object from empty value in /home/chiporta/public_html/plugins/system/advancedmodules/modulehelper.php on line 320

כיצד פועל הטלסקופ בקוטב הדרומי שגילה את גלי הכבידה שנוצרו בעקבות המפץ הגדול?
מאת אבי בליזובסקי שני, 07 אפריל 2014 22:22

בתמונה זו נראה אחד הגלאים בפרויקט BICEP2 שפותח על ידי נאס"א בשיתוף עם הקרן הלאומית למדע. החיישנים שימשו לגילוי הראשון של גלי הכבידה בקרינת הרקע העתיקה המגיעה מהיקום המוקדם. צילום: NASA/JPL-Caltech

אתמול דיווחנו על התגלית לפיה נרשמו עדויות ישירות לגלי הכבידה שחלפו ביקום המוקדם, יצרו בו הפרעות שהפכו לגלקסיות בעקבות התפשטות מואצת מאוד של היקום "התנפחות או אינפלציה", וראיינו את פרופ' אבי לייב, ראש המחלקה לאסטרונומיה באוניברסיטת הארווארד, מנהל המכון לתיאוריה וחישוביות במרכז הארווארד סמיתסוניאן לאסטרונומיה וחבר האקדמיה הלאומית האמריקנית למדעים ואמנויות. אחד החוקרים במחלקתו ד"ר ג'ון קובאץ' הוביל את המחקר, שניתח תצפיות על קרינת הרקע הקוסמית מטלסקופ BICEP2 השוכן באתר לא שגרתי – הקוטב הדרומי.

קובאץ' ואנשי צוותו הכריזו במסיבת עיתונאים בעקבות מאמר שלהם בנייצ'ר, כי גילו את העדויות הישירות הראשונות לכך שגלי הכבידה חצו את היקום העוברי בעת שזה עבר תהליך של גידול מואץ המכונה אינפלציה. זהו האישור החזק ביותר עד כה לתיאורית האינפלציה הקוסמית, שלפיה היקום התפשט פי 100 טריליון טריליונים בפחות מהינד עפעף.

נאס"א חשפה פרטים על הטלקסקופ, שהיא שותפה במימונו ופיתחה חלק מהטכנולוגיות המשמשות בו. הממצאים בוצעו בסיוע טכנולוגית גלאים שפותחו על ידי נאס"א בטלסקופ BICEP2 הממוקם בקוטב הדרומי, בשיתוף פעולה עם הקרן הלאומית למדע.

"הפעלת הגלאים המתקדמים ביותר על הקרקע ובבלונים איפשרה לנו לשפר את הטכנולוגיות הללו ולהשתמש בהן במשימות חלל ובתוך כדי כך גם לגלות תגליות אודות היקום" אומר פול הרץ, מנהל חטיבת האסטרופיסיקה בנאס"א בוושינגטון.

"היקום שלנו פרץ אל קיומו באירוע המכונה בשם המפץ הגדול לפני 13.8 מיליארד שנים. רגעים לאחר מכן, שברי שניה ליתר דיוק, החלל עצמו נקרע לרסיסים והתפשט אקספוננציאלית באירוע המכונה בשם אינפלציה. עדויות לפרקים הללו בהסטוריה של היקום מוטבעים בתוך השמים שלנו, בזוהר עמום המכונה "קרינת הרקע הקוסמית בתחום המיקרוגל". לאחרונה, תיאוריה בסיסית זו אודות היקום אושרה בידי טלסקופ החלל פלאנקד של סוכנות החלל האירופית שנאס"א מספק לה גלאי וטכנולוגיות קירור.

ואולם החוקרים חיפשו מזה זמן עדויות ישירות יותר לאיפנלציה בצורת גלי כבידה, שכיווצו ומתחו את החלל.

"תנודות קוונטיות זעירות הוגברו לממדים עצומים בידי ההתפשטות האינפלציונית של היקום. אנו יודעים שאחת התוצאות של האירועים הללו הם גלים מסוג אחר המכונים גלי צפיפות (density waves) , אך רצינו לבחון האם גלי כבידה נוצרו אף הם" אומרת ג'יימי בוק מהמעבדה להינע סילוני של נאס"א בפסדינה ומנהלת שותפה של הפרויקט. JPL פיתחה את טכנולוגית הגלאים של BICEP2. בוק גם מחזיקה במשרה במכון הטכנולוגי של קליפורניה (קאלטק) הממוקם אף הוא בפסדינה.

גלי הכבידה יצרו תבניות מסתחררות באור המקוטב המכונות קיטוב "B-mode". האור הופך מקוטב כשהוא פוגע בפני שטח של חומרים מוצקים כגון מכונית או בריכה. משקפי שמש מקוטבות דוחות אור מקוטב כדי להפחית את הבוהק. במקרה של קרינת הרקע הקוסמית בתחום המיקרוגל, האור נהדף מאלקטרונים וכתוצאה מכך הוא הופך מעט מקוטב.

צוות ה-BICEP2 נטל על עצמו את האתגר לאתר את קיטוב "B-mode" באמצעות המומחים הטובים ביותר בתחום ופיתוח טכנולוגיה חדשנית, ונסיעה לאתר התצפית הטוב ביותר בכדור הארץ גם אם הוא נמצא בקוטב הדרומי. השותפות כוללת תרומה גדולה של קאלטק, JPL, אוניברסיטת סטנפורד, אוניברסיטת הארווארד ואוניברסיטת מיניסוטה במינאפוליס.

בעקבות הניסויים הנערכים במקום מאז 2006, הצליחו חברי הצוות לבנות את תיק העדויות לקיומם של אותות "B-mode", ויחד איתם את התמיכה החזקה ביותר עד כה באינפלציה הקוסמית המפתח להצלחתם היו הגלאים מוליכי העל. מוליכי על הם חומרים, שכאשר הם מקוררים, הם מאפשרים לזרם האלקטרונים לזרום בחופשיות עם אפס התנגדות.
תמונה זו מראה מערך של 512 גלאים מוליכי על בטלסקופ BICEP2 בקוטב הדרומי. הטכנולוגיה היתה מהותית לגילוי השפעת גלי הכבידה מהעידן המוקדם של היקום המכונה "תקופת האינפלציה". צילום: NASA/JPL-Caltech

תמונה זו מראה מערך של 512 גלאים מוליכי על בטלסקופ BICEP2 בקוטב הדרומי. הטכנולוגיה היתה מהותית לגילוי השפעת גלי הכבידה מהעידן המוקדם של היקום המכונה "תקופת האינפלציה". צילום: NASA/JPL-Caltech

"הטכנולוגיה שלנו משלבת את התכונות של מלויכות העל עם המבנים הזעירים ביותר שניתן לראות דרך מיקרוסקופ. התקנים אלה מיוצרים באותו תהליך מיקרו-מכאני כמו החיישנים הנמצאים בטלפונים הסלולרים ובקונסולות משחק כדוגמת Wii" אומר אנתוני טרנר, שהכין את ההתקנים הללו במתקן הייצור המתחמחה במעבדה למיקרו התקנים של JPL.

אותות "B-mode" חלשים מאוד. כדי להשיג את הרגישות הדרושה לגלות את האוות המקוטבים, פיתחו בוק וטרנר מערך ייחודי של גלאים מרובים, בדומה לפיקסלים במצלמות הדיגיטליות המודרניות, אך הוסיפו להם יכולת לגלות קיטוב. כל מערכת הגלאים פועלת בטמפרטורה של רבע מעלת קלווין, כלומר רבע מעלה מעל האפס המוחלט שהוא הטמפרטורה הנמוכה ביותר האפשרית.

"מדידות מאתגרות אלה דרשו ארכיטקטורה חדשה לחלוטין" אמר בוק. "הגישה שלנו היא כמו לקחת מצלמה ולבנות אותה בלוח של מעגלים מודפסים."

בניסוי BICEP2 נעשה שימוש ב-512 גלאים, שהאיצו את התצפיות של קרינת הרקע הקוסמת פי 10 לעומת מכשירי המדידה הקודמים של השניים. הניסוי החדש כבר מבצע תצפיות והוא כולל 2,560 גלאים.

ניסויים אלה וניסויים שייעשו בעתיד לא רק שיסייעו לאשר את העובדה שהיקום התנפח באור עצום, אלא גם יספקו לתיאורטיקנים את הרמזים הראשונים אודות הכוחות האקסוטיים שקרעו את החלל והזמן לרסיסים.