האם צליל מסתורי בחלל חשף חור תולעת ליקום מקביל?
- גור זיו
- לפני 2 דקות
- זמן קריאה 6 דקות
מה אם הצליל הכי מוזר ששמענו מהחלל בכלל לא הגיע מהיקום שלנו? אות הגלים הכבידתיים GW190521 היה קצר מדי, חסר התחלה, והטריף את המדענים. עכשיו, צוות חוקרים מציע הסבר מהפכני שעשוי לשנות את כל מה שחשבנו על הקוסמוס: אולי לא שמענו התנגשות של חורים שחורים, אלא את ההד שלה, שהגיע אלינו דרך חור תולעת מיקום מקביל. הסיפור המלא על המרדף המדעי אחר פתרון התעלומה, המודל הנועז והתוצאות המפתיעות נמצא במאמר. האם אנחנו לבד ביקום, או שיש יקומים שלמים שמקישים על דלתנו?
השעה מאוחרת במכון למחקר מתקדם בהאנגג'ואו. אורות הניאון הלבנים של המסדרון משתקפים בצג המחשב של צ'י לאי (Qi Lai), דוקטורנט צעיר לפיזיקה, אך הוא אינו מבחין בהם. כל כולו שקוע בגרף המוזר והמתסכל שמופיע על המסך. זהו הגרף של GW190521, אחד האותות הקוסמיים המוזרים ביותר שנקלטו אי פעם על ידי גלאי הגלים הכבידתיים LIGO-Virgo. רוב האותות שהתגלו עד כה נראים כמו ציוץ ציפור קוסמי, מעין "צ'ירפ" חד וברור שמתחיל נמוך וחלש, מגביר את התדר והעוצמה שלו במהירות, ומגיע לשיא דרמטי לפני שהוא דועך. הסימפוניה הזו, המכונה IMR) Inspiral-Merger-Ringdown), מספרת סיפור שלם: שני חורים שחורים אדירים שרוקדים זה סביב זה בספירלת מוות מהירה יותר ויותר (ה-Inspiral), מתנגשים ומתמזגים ברגע של אלימות קוסמית שאין שני לה (ה-Merger), והאובייקט החדש והאדיר שנוצר מהם מהדהד ורוטט כמו פעמון שהולמים בו, ושולח גלי הלם אחרונים במרחב-זמן (ה-Ringdown).
זהו סיפור מוכר, מובן, כזה שהפיזיקאים למדו לזהות ולאהוב. אבל GW190521 לא סיפר את הסיפור הזה. הוא היה חריג, קטוע. הוא היה רק השיא. רק הצעקה, בלי שום לחישה מקדימה. אות קצרצר, שנמשך כעשירית השנייה בלבד, שהופיע יש מאין ונעלם. לא היה לו שלב "inspiral" ברור. זה היה כמו לפתוח ספר בעמוד האחרון, לשמוע רק את התו הסופי של קונצ'רטו. התעלומה הזו הטרידה את צ'י במשך שבועות. המודלים הסטנדרטיים התקשו להסביר אותו. הם הציעו מיזוג של חורים שחורים כה מסיביים, שהם נמצאים ב"מדבר המאסות", אזור שבו תיאוריות אסטרופיזיקליות קובעות שכוכבים לא אמורים להיות מסוגלים ליצור חורים שחורים כאלה. כל הסבר הרגיש מאולץ, כמו ניסיון לדחוק יתד עגולה לחור מרובע.
אל המשרד נכנס בשקט פרופסור יון-סונג פיאו (Yun-Song Piao), המנחה של צ'י וחוקר ותיק ומוערך בתחום הקוסמולוגיה. הוא מביט מעבר לכתפו של הסטודנט הצעיר שלו אל הגרף המרצד. "עדיין תקוע עם רוח הרפאים הזו?" הוא שואל בחיוך קל. צ'י מהנהן. "זה לא הגיוני, פרופסור. כל הסיפור חסר. חסרה ההתחלה". פיאו מתבונן ארוכות במסך, אצבעותיו משחקות בזקנו הדליל. השקט בחדר מופר רק על ידי זמזום המחשבים. ואז, כמעט כבדרך אגב, הוא זורק שאלה לחלל האוויר. "ומה אם... מה אם אנחנו לא אמורים לראות את ההתחלה? מה אם ההתחלה בכלל לא קרתה... כאן?".
צ'י מרים את ראשו, מבט של בלבול בעיניו. "מה זאת אומרת, 'לא כאן'?". פיאו מושך כיסא ומתיישב. "מה אם אנחנו שומעים רק את ההד? תאר לך אירוע אדיר שמתרחש בחדר סמוך, חדר שאנחנו לא יכולים לראות. אנחנו לא נשמע את כל ההכנות, את כל הרעש המקדים. אנחנו נשמע רק את הבום הסופי שהצליח לחדור דרך הקיר". הרעיון, פרוע ככל שנשמע, מדליק ניצוץ במוחו של צ'י. הד של מה? מקום אחר איפה? התשובה, אם יעזו ללכת בעקבותיה, לא תימצא באסטרופיזיקה המוכרת, אלא באזורים הספקולטיביים והנועזים ביותר של הפיזיקה התיאורטית. התשובה עשויה להיות חור תולעת.
הרעיון של חור תולעת, או "גשר איינשטיין-רוזן", אינו חדש. זוהי מנהרה היפותטית במארג המרחב-זמן, שיכולה לחבר שתי נקודות מרוחקות מאד ביקום, או אפילו, תיאורטית, שני יקומים נפרדים לחלוטין. במשך שנים, חורי תולעת היו נחלתם של סופרי מדע בדיוני. אבל מה אם הם אמיתיים? ומה אם אחד מהם נמצא קרוב מספיק כדי שנשמע לחישה המגיעה מבעד לפתחו? צ'י ופיאו, יחד עם חבריהם לקבוצת המחקר, החלו לשרטט את התרחיש המהפכני שלהם על הלוח הלבן במשרד. הם דמיינו יקום אחר, מקביל לשלנו. ביקום ההוא, שני חורים שחורים אדירים רקדו את ריקוד המוות הספירלי שלהם, בדיוק כמו במודל הסטנדרטי. הם התקרבו זה לזה, האיצו, ושלחו גלי כבידה רבי עוצמה - את אותו "צ'ירפ" מוכר. אבל אז, ברגע המיזוג, קרה משהו שונה. במקום ליצור חור שחור רגיל, הקטקליזם האדיר הזה קרע חור במרחב-זמן ויצר אובייקט אקזוטי - חור תולעת מסוג מוריס-ת'ורן (Morris-Thorne Wormhole), שפתחו האחד נמצא ביקום שלהם, והשני... ביקום שלנו. האות האחרון של המיזוג, ה-"Ringdown", אותו הד חזק שנפלט מהאובייקט החדש, החל להתפשט. חלק ממנו התפשט ביקום המקור, אך חלק אחר נכנס היישר אל תוך "גרון" חור התולעת.
כעת, המודל שלהם הפך למורכב עוד יותר. הם דמיינו את פתח חור התולעת מכל צד כאילו הוא מוקף בספירת פוטונים (Photon Sphere), אזור כבידתי כה חזק שהוא פועל כמו מראה כמעט מושלמת לגלי כבידה. אות ה-Ringdown שנכנס לגרון חור התולעת נלכד בין שתי ה"מראות" הללו, והחל להדהד קדימה ואחורה, כמו קול במערה אינסופית. בכל פעם שהגל פגע במראה בצד שלנו, חלק זעיר ממנו "דלף" החוצה, אל היקום שלנו. התוצאה לא תהיה אות בודד, אלא סדרה של הדים, חלשים יותר ויותר, המגיעים במרווחי זמן קבועים. "אבל אנחנו ראינו רק אות אחד", אמר צ'י. "נכון", ענה פיאו, "ומה אם חור התולעת לא היה יציב? מה אם הוא נוצר רק לרגע קצרצר, ואז קרס והפך לחור שחור רגיל? או שאולי ההדים הבאים פשוט היו חלשים מדי, מתחת לסף הרגישות של הגלאים שלנו?". בכל אחד מהתרחישים האלה, התוצאה תהיה זהה: אנחנו, ביקום שלנו, נראה רק את ההד הראשון. פולס בודד, קצר, חזק, ללא כל היסטוריה מקדימה. בדיוק כמו GW190521.
הרעיון היה אלגנטי, אפילו יפהפה. אבל בפיזיקה, יופי אינו מספיק. הם היו צריכים להעמיד אותו למבחן. הם היו צריכים לשאול את הנתונים עצמם. במשך שבועות, הצוות עבד על בניית מודל מתמטי מדויק, תבנית גל המבוססת על אופני תנודה קוואזי-נורמליים (Quasinormal Modes) של חור תולעת, ועל צורת גל פשוטה המכונה תבנית סינוס-גאוסית (Sine-Gaussian template). הם לקחו את הנתונים הגולמיים מ-LIGO-Virgo, אותו רעש סטטי שבו היה חבוי הצליל מהחלל, והחלו בתהליך המפרך של השוואה. הם הריצו את הנתונים מול המודל הסטנדרטי של מיזוג שני חורים שחורים, ואז הריצו אותם מול המודל החדש והנועז שלהם - מודל "ההד מחור תולעת". המתח היה בשיאו. אם המודל שלהם לא יתאים כלל לנתונים, כל הרעיון היפהפה יקרוס ויישאר בגדר פנטזיה מתמטית.
התוצאה הראשונה שהגיעה הייתה של יחס האות לרעש (SNR). זהו מדד שמראה עד כמה האות ברור וקל להבחנה מתוך רעש הרקע של הגלאים. ככל שהמספר גבוה יותר, כך ההתאמה טובה יותר. התוצאות הופיעו על המסך של צ'י. המודל הסטנדרטי הניב SNR רשתי של 15.59. מרשים. ואז, הופיעה התוצאה של המודל שלהם: 14.45. צ'י לא האמין למראה עיניו. זה היה קרוב. קרוב באופן כמעט בלתי אפשרי. הרעיון הפרוע שלהם לא נפסל. למעשה, הוא התאים לנתונים בצורה טובה כמעט כמו ההסבר המקובל. זו הייתה הצלחה מסחררת. ההשערה שלהם לא הייתה רק סיפור יפה; היא הייתה אפשרות פיזיקלית אמיתית.
אך המבחן הסופי, הקובע, היה השוואה בייסיאנית (Bayesian comparison). זהו כלי סטטיסטי מתוחכם שמשמש כמעין "שופט" בין שתי תיאוריות מתחרות. הוא לא שואל רק איזו תיאוריה מתאימה לנתונים, אלא גם לוקח בחשבון את המורכבות של כל תיאוריה, ומעניק "ציון" כולל. התוצאה, המכונה מקדם בייס (Bayes Factor), תכריע. לאחר ימים של חישובים אינטנסיביים, התוצאה הגיעה. היא הייתה חד-משמעית, אך גם עדינה ומלאת ניואנסים. המודל הסטנדרטי של מיזוג חורים שחורים עדיין היה המועדף, אך רק במעט. הערך הלוגריתמי של מקדם בייס היה בסביבות 2.9- לטובת המודל הסטנדרטי. בעולם הסטטיסטיקה, זהו ערך שאינו נחשב למכריע. הוא מצביע על העדפה קלה, לא על ניצחון בנוקאאוט.
הדלת לא נסגרה בפני חור התולעת; היא נותרה פתוחה במעט, סדק צר שדרכו נשבה רוח של אפשרויות קוסמיות חדשות. פיאו וצ'י הביטו בתוצאות. לא הייתה כאן הוכחה חותכת, לא כותרת סנסציונית על גילוי יקום מקביל. אבל הייתה כאן תוצאה חשובה לא פחות: הם הראו שהיקום עשוי להיות מוזר ומורכב יותר ממה שחשבנו. הם לקחו את אחד האותות המסתוריים ביותר שנקלטו אי פעם, והציעו לו הסבר שמרחיב את גבולות הדמיון, אך עדיין נטוע עמוק במתמטיקה קפדנית ובניתוח נתונים זהיר.
במאמרם, הם מסכמים בזהירות אקדמית כי מודל "ההד מחור תולעת" הוא "השערה חלופית בת-קיימא". אך בין השורות, ניתן לחוש את ההתרגשות. הם מזכירים אירועים קצרים ומסתוריים אחרים, כמו GW231123, ותוהים אם אולי מתחילה להצטבר קטגוריה חדשה של אותות קוסמיים, כאלה שאינם מספרים את הסיפור המוכר של מיזוגים ביקום שלנו, אלא נושאים עמם הדים מעולמות אחרים. העבודה שלהם היא קריאה לקהילה המדעית להסתכל על הנתונים בעיניים חדשות, לא לפחד לשאול "מה אם?". במשרד השקט בהאנגג'ואו, צ'י לאי סוגר את קובץ הנתונים. הגרף של GW190521 כבר לא נראה לו מתסכל. הוא נראה כמו הזמנה. הזמנה להקשיב היטב ללחישות השקטות של הקוסמוס, כי אולי, רק אולי, אחת מהן היא הד המגיע מביתו של מישהו אחר, אי שם, מעבר לחור התולעת.
תגובות