ViewWiki

שיעור 4 מתוך 5

גלי כבידה.

כ־25 דקות · 5 שאלות תרגול

שני חורים שחורים מסתחררים ומתמזגים, ושולחים אדוות במרחב עצמו: כמה מסה הופכת לגלים, למה זוג כבד ״נשמע״ נמוך, וכמה זעירה התזוזה שהגלאי מודד.

שלב 1 מתוך 5 · אדוות במרחב

שלב 1 מתוך 5

אדוות במרחב

לפי תורת היחסות הכללית מסה מעקמת את המרחב, ומסה שנעה בתאוצה שולחת בו גלי כבידה, שנעים במהירות האור. זוג חורים שחורים שמקיפים זה את זה מאבד אנרגיה לגלים, מתקרב, מסתובב מהר יותר, ובסוף מתמזג. היריעה בסצנה מראה את האדוות שמתפשטות מהזוג.

לשאלה

שלב 2 מתוך 5

מסה שהופכת לגלים

המסה שחסרה בחור הסופי לא נעלמה: היא יצאה כאנרגיה של גלי הכבידה, לפי E=mc2E = mc^2⁠.

לשאלה

שלב 3 מתוך 5

גובה הצליל

מעקב עד הגלאי נמצא על הגלאי: גלאי בצורת L מופיע מלפנים, הזרועות שלו נמתחות ומתכווצות, והתרשים מראה את ה״ציוץ״. התדירות של הגלים כפולה מתדירות הסיבוב של הזוג, והיא עולה ככל שהחורים מתקרבים.

לשאלה

שלב 4 מתוך 5

זוג מאוזן

החור הקל נמצא על 12%: חור קטן סובב סביב ענק, הרבה פעמים, לפני שהוא נופל פנימה, והאדוות על היריעה חלשות.

לשאלה

שלב 5 מתוך 5

ללכוד גל

הגל מהמיזוג הזה יצא לפני כ־1.31.3⁠ מיליארד שנה, במרחק של כ־410410⁠ מגה־פרסק. עד שהגיע לכדור הארץ הוא נחלש כמו 1r\dfrac{1}{r}⁠. הסצנה מגזימה את המתיחה של הזרועות פי 2×10192 \times 10^{19}⁠, כדי שאפשר יהיה לראות אותה בכלל.

לשאלה

תמונה של הסצנה התלת־ממדית „גלי כבידה”
סצנה אינטראקטיבית

הגרסה האינטראקטיבית נטענת…

כל שלב מכין לכם את הסצנה, ובקר שמסומן „קבוע” נשאר במקומו בשלב הזה.

לניסוי

תרגול · חשבו

החור הכבד הוא 3636⁠ מסות שמש, והחור הקל 80%80\%⁠ ממנו, 28.828.8⁠ מסות שמש. במיזוג כ־4.7%4.7\%⁠ מהמסה הכוללת יוצאים כגלי כבידה. כמה מסות שמש יש לחור שנשאר?

לניסוי

תרגול · חשבו

במיזוג של הגילוי הראשון יצאו כגלי כבידה כ־3.063.06⁠ מסות שמש. כמה אנרגיה זו, בג׳אול? M⊙=1.99×1030 kgM_\odot = 1.99 \times 10^{30}\ \mathrm{kg}⁠, c=3.00×108 m/sc = 3.00 \times 10^8\ \mathrm{m/s}⁠.

לניסוי

תרגול · נבאו, ואז הסתכלו

הגלאי ״שומע״ את המיזוג כציוץ שעולה בתדירות ונגמר בצליל של החור הסופי. מה יקרה לתדירות הזאת כשהחור הכבד יגדל מ־3636⁠ ל־6060⁠ מסות שמש?

לניסוי

תרגול · הגיעו למטרה

החור הכבד נעול על 3636⁠ מסות שמש, והחור הקל הוא רק 12%12\%⁠ ממנו: הזוג מקרין כאחוז אחד מהמסה שלו. שנו את החור הקל עד שהגלים יישאו לפחות 4.8%4.8\%⁠ מהמסה הכוללת, ולחצו על בדיקה.

לניסוי

תרגול · בחרו

מעקב עד הגלאי על הגלאי. כשהגל של הגילוי הראשון עבר בכדור הארץ, בכמה השתנתה זרוע של גלאי LIGO, באורך 4 km? היעזרו בתרשים.