כיצד אסטרונומיה רב - תחומית מגלה רמזים לקוסמוס

לאסטרונומים היתה שנת בלוק.

בנוסף למעקב אחר מקור קוסמי של נייטרינים, הם זיהו מיזוג של שני כוכבי נויטרונים בגודל העיר, כל אחד מהם מסיבי יותר מהשמש.

התגליות הוצגו כראיות לכך ש"עידן חדש של אסטרונומיה רב-מרחבית" הגיע.

אבל מהי אסטרונומיה רב-תחומית?

בחיי היומיום שלנו, אנו מפרשים את העולם סביבנו על סמך אותות שונים, כגון גלי קול, אור (סוג של גל אלקטרומגנטי), ולחץ על העור. כל אחד מהאותות הללו עשוי להתבצע על ידי "שליח" אחר. שליחים חדשים מובילים לתובנות חדשות. אז אסטרונומים יש להוט בשמחה קבוצה חדשה של שליחים למדע שלהם.

שליחים רבים

במשך רוב ההיסטוריה של האסטרונומיה, מדענים חקרו בעיקר אותות המועברים על ידי שליח אחד, קרינה אלקטרומגנטית. גלים אלה, אשר נעים בחלל ובזמן, מתוארים על ידי אורכי הגל שלהם או כמות האנרגיה שנמצאת בחלקיקים שלהם, הפוטונים.

גלי רדיו יש פוטונים עם הכמות הנמוכה ביותר של אנרגיה ואת אורכי הגל הארוכים ביותר, ואחריו אור אינפרא אדום ואופטי באנרגיות ביניים ואורכי גל. לצילומי רנטגן ולקרני גמא יש אורך גל קצר ביותר והאנרגיה הגבוהה ביותר.

אבל מדענים חוקרים גם שליחים אחרים:

• קרניים קוסמיות: חלקיקים אטומיים גרעיניים וגרעינים נעים במהירות האור.
• נייטרינו: חלקיקים בלתי נטענים שרואים את רוב היקום כשקופים.
• גלי כבידה: קמטים במרקם הזמן והזמן.

ובעוד כמה שדות אסטרונומיה בחנו שליחים אלה במשך שנים, אסטרונומים רק לאחרונה צפו אירועים הרבה מעבר שביל החלב עם יותר מאשר אחד השליח בעת ובעונה אחת. בתוך כמה חודשים, מספר המקורות שבהם אסטרונומים יכולים לחבר יחד את האותות של שליחים שונים הוכפל.

כמו הליכה על החוף

אסטרונומיה רב-תחומית היא אבולוציה טבעית של אסטרונומיה. מדענים זקוקים לנתונים נוספים כדי ליצור תמונה מלאה של האובייקטים שהם לומדים ומתאימים לתיאוריות שהם מפתחים עם התצפיות שלהם.

אסטרונומים שילבו אורכי גל שונים של פוטונים כדי לחבר יחד חלק מן המסתורין של היקום. לדוגמה, השילוב של נתונים רדיו ואופטיים שיחק תפקיד מרכזי בקביעת שביל החלב היא גלקסיה ספירלית בשנת 1951.

ואסטרונומיה ממשיכה לגלות תוצאות מצוינות על היקום שלנו באמצעות שליח אחד בלבד, פוטונים. אז אם האסטרונומיה הרב-תחומית היא רק צעד אבולוציוני של היסטוריה מדהימה של הצלחות, האם זה אומר שזו רק מילת מפתח חדשה?

אנחנו לא חושבים כך.

תאר לעצמך שאתה הולך לאורך החוף האוקיינוס. אתה נהנה ממראה של שקיעה מדהימה, שומע את הגלים המתגלגלים, מרגיש את החול שמתחת לרגליך, ומריח את האוויר המלוח. החושים המשולבים שלך יוצרים חוויה שלמה יותר.

עם אסטרונומיה רב-תחומית, אנו מקווים ללמוד יותר מהיקום על ידי שילוב של שליחים מרובים, בדיוק כפי שאנו משלבים מראה, שמיעה, מגע וריח.

אבל זה לא תמיד פיקניק

תרבויות האסטרונומים ופיסיקאי החלקיקים מייצגים גישות שונות למדע. באסטרונומיה רב-תחומית, התרבויות הללו מתנגשות.

אסטרונומיה היא שדה תצפית ולא ניסוי. אנו חוקרים אובייקטים אסטרונומיים המשתנים עם הזמן (אסטרונומיה של תחום זמן), ופירושו שלעתים קרובות יש לנו רק הזדמנות אחת לצפות באירוע אסטרונומי חולף.

עד לאחרונה, רוב אסטרונומים בתחום הזמן עבדו בצוותים קטנים, על פרויקטים רבים בבת אחת. אנו משתמשים במשאבים כמו הטלגרם של האסטרונום או רשת קואורדינטות גמא כדי לתקשר במהירות תוצאות, אפילו לפני הגשת מאמרים מדעיים.

מאחר שרוב המקורות הצפויים של אותות מרובי-מטען הם אירועים אסטרונומיים חולפים, זהו מאמץ עצום ללכוד את השליחים מלבד הפוטונים.

קרא עוד: מצפה הכוכבים של IceCube מזהה נייטרינו ומגלה בלייזר כמקורו

פיסיקאי חלקיקים הובילו את הדרך ביצירת שיתופי פעולה בינלאומיים גדולים כדי להתמודד עם הבעיות הקשות ביותר שלהם, כולל גדול Hadron Collider, המצפה נייטרינו IceCube, ואת אינטרפרומטר לייזר Gravitational-Wave Observatory (LIGO). קירוב מאות אלפי חוקרים לעבוד לקראת מטרות משותפות דורש זיהוי מקיף של תפקידים, הנחיות תקשורת קפדניות, ועידות רבות.

הצורך להגיב לשינויים מהירים במקור רב-ממדים והמאמץ העצום ללכוד אותות רב-תכליתיים פירושו פיסיקת אסטרונומיה ופיסיקת חלקיקים חייבים להתמזג זה אל זה כדי להפיק את הטוב בשתי התרבויות.

היתרונות של אסטרונומיה multimessenger

בעוד אסטרונומיה רב-תחומית היא אבולוציה של מה שהאסטרונומים ופיזיקאי החלקיקים עשו במשך עשרות שנים, התוצאות המשולבות מסקרנות.

גילוי גלים כבדים מהמיזוג של כוכבי נויטרונים אישר שהתנגשויות אלה עשו חלק גדול מהזהב והפלטינה בכדור הארץ (ובכל רחבי היקום). היא גם הראתה כיצד התנגשויות אלה מעוררות (לפחות חלקן) התפרצויות קרני גמא קצרות - מקורן של אירועים מתנפצים אלו הוא שאלה פתוחה וגדולה באסטרונומיה.

הקשר הראשון של נייטרינו עם מקור אסטרונומי יחיד סיפק מבט חטוף כיצד היקום יוצר את החלקיקים האנרגטיים ביותר שלו. אסטרונומיה רב-תחומית חושפת פרטים על כמה מהתנאים הקיצוניים ביותר ביקום שלנו.

נקודת המבט הרב-תכליתית כבר מניבה יותר מסכום חלקיה - ואנו יכולים לצפות לראות תגליות מפתיעות יותר בעתיד. צוותי עלית ברחבי קנדה כבר תורמים לצמיחתו של שדה צעיר זה, ואסטרונומיה רב-תחומית מבטיחה למלא תפקיד מרכזי בעשור הבא של המחקר האסטרונומי בקנדה - וברחבי העולם.

מאמר זה פורסם במקור על השיחה על ידי גרגורי סיבקוף ודריל האגארד. קרא את המאמר המקורי כאן.