פולסרים – מעבדת פיזיקה בחלל
5/03/2012

מבוסס על:

 

פולסרים הם כוכבי ניטרונים צפופים ביותר. צפיפותם העצומה מאפשרת מחקר פיזיקלי שאיננו יכול להתקיים בגופים אחרים. כיום נחקרים הפולסרים במטרה לגלות מידע הקשור, בין השאר, בגלי גרביטציה הקשורים בתורת היחסות בכללית. 

כוכב ניטרונים הוא שריד של כוכב בעל מסה גדולה מאד שהתפוצץ בצורת סופרנובה. הסופרנובה מהווה שלב במותו של כוכב שמסתו גדולה לפחות פי 1.4 ממסת השמש. בשלב זה מתחיל לאזול הדלק הגרעיני של הכוכב, ואז קטן הכוח שמתנגד למשיכה הגרוויטציונית העצמית של הכוכב. הכוכב קורס לתוך עצמו, וכתוצאה מכך מתפוצץ מהלחץ העצום שנוצר במרכזו. החומר המותז מתפשט במהירות עצומה בצורת גז, ואילו מרכז הכוכב שנותר הופך להיות כוכב ניטרונים (ובמקרים מסוימים הופך לחור שחור). רדיוסו של כוכב הניטרונים הוא כ - 12 ק"מ. אם נזכור שרדיוס השמש גדול פי 60,000 מכך, נראה שצפיפותו של כוכב הניטרונים היא עצומה. צפיפות זו גדולה בערך פי 1014 מצפיפות השמש. למעשה, כוכבי ניטרונים הם בד"כ הגופים הצפופים ביותר בטבע.

פולסרים הם כוכבי ניטרונים מסתובבים, שפולטים קרינה אלקטרומגנטית מהקטבים המגנטיים שלהם. מדענים יכולים לגלות לגלות קרינה זו אם היא פוגעת בכדור הארץ. בגלל הסיבוב של הכוכב, הקרינה הנפלטת ממנו תיקלט במקום מסוים בצורת פולסים (כלומר, ישנם מרווחי זמן בהם תיקלט קרינה, ומרווחי זמן בהם לא תיקלט קרינה). בעזרת מדידת הפרשי הזמנים בהם נקלטת הקרינה, ניתן לדעת את זמני הסיבוב של הפולסרים.

מה לכל זה ולתורת היחסות הכללית?

תורת היחסות הכללית העוסקת בכבידה פורסמה על ידי אלברט אינשטיין בשנת 1916. פרופסור אינגריד סטיירס מאוניברסיטת British Columbia שבקנדה מסבירה כי קיימות תיאוריות כבידה מתחרות, הנותנות הסברים טובים גם הן לכבידה הקיימת במערכת השמש שלנו, אך נבדלות מתורת היחסות של אינשטיין בהסבר אותו הן נותנות לצפיפותם של כוכבי ניטרונים. בעוד שלפי חלק מהתיאוריות, התנהגות הכבידה משתנה בהתאם למבנה הפנימי של כוכב הניטרונים, לפי תורת היחסות הכללית התנהגות הכבידה אינה תלויה בכך. פרופסור סטיירס מסבירה שלפי המדידות של זמני הפולסים, ניתן להסיק לגבי מבנהו של כוכב הניטרונים. המדידות מרמזות שאכן אין תלות של הכבידה במבנה הכוכב, דבר שמחזק את תורת היחסות הכללית.  

בשנת 1993 זכתה בפרס נובל עבודתם של ג'וזף טיילור וראסל הולס שחקרה פולסרים במערכות בינאריות. מערכות בינאריות הן מערכות של שני כוכבים: פולסר וכוכב ניטרונים. (במקרה אחד נתגלתה גם מערכת של שני פולסרים). את כוכב הניטרונים שאיננו פולסר כמעט בלתי אפשרי לגלות באופן ישיר. ניתן לגלותו בצורה עקיפה על ידי מדידת הפולסים של הפולסר. מרווחי הזמנים בהם נקלטים פולסים אלו אינם זהים למרווחי הזמנים שהיו מתקבלים אלמלא היה הכוכב השני קיים.

לפי תורת היחסות הכללית, במערכות בינאריות צפוי ששני הכוכבים יסתובבו סביב מרכז המסה שלהם ויפלטו תוך כדי כך גלי כבידה. גלי כבידה אלו נוצרים כאשר מסה מואצת (כשם שגלים אלקטרומגנטיים נוצרים כאשר מטען מואץ). עקב פליטת גלי הכבידה יאבדו הכוכבים מהאנרגיה שלהם ויתקרבו זה לזה, וכתוצאה מכך מהירת סיבובם תגדל. עד היום לא נמצא אישור ניסיוני ישיר לקיומם של גלי הכבידה. עדות עקיפה לקיומם של גלי הכבידה יכולה להינתן על ידי מדידת הפולסים הנפלטים מהפולסר.

כיום חוקרים אסטרונומים פולסרים הקיימים בגלקסיה שלנו - גלקסיית שביל החלב. מדידת הזמנים בהם נקלטים הפולסים יכולה להעיד על שינויים קטנים הנגרמים עקב קיומם של גלי כבידה.

קיימים גם גלאים המנסים לגלות את גלי הכבידה בצורה ישירה (כלומר לגלות את הגלים עצמם ולא עדות עקיפה לקיומם). כאמור, עד היום ללא הצלחה. פרופסור בנג'מין סטפרס מאוניברסיטת מנצ'סטר שבאנגלייה מציין כי המדענים מקווים שבעשור הבא יוכלו לגלותם את גלי הכבידה בצורה ישירה באמצעות שכלול הגלאים.