A detecção direta de ondas gravitacionais continua sendo uma das baleias brancas mais duradouras da cosmologia. Previstas pela primeira vez na Teoria Geral da Relatividade de Einstein em 1916, essas ondulações no espaço-tempo são geradas por eventos astronômicos sísmicos como supernovas, colisões galácticas ou até mesmo o próprio Big Bang.
Apesar de sua onipresença teórica, as ondas gravitacionais são tão sutis que detectá-las continua sendo um desafio contínuo para os cientistas – uma realidade que foi destacada este ano pelos resultados inconclusivos do experimento BICEP2 .
Felizmente, 2015 está se tornando um ano histórico na busca por ondas gravitacionais. No outono do próximo ano, os dois principais detectores de ondas gravitacionais do mundo, o LIGO em Livingston, Louisiana e o Virgem em Cascina, Itália , completará uma atualização antecipada que poderá finalmente encerrar a corrida para detectar essas ondas.
'LIGO e Virgo estavam operando anteriormente, mas atualmente estão passando por uma grande atualização que os torna cerca de 10 vezes mais sensíveis do que seus predecessores de 'primeira geração'', disse o astrônomo. Francesco Pannarale da Universidade de Cardiff me disse por e-mail.
“Esse aumento na sensibilidade nos permitirá ouvir um volume de espaço 1.000 vezes maior do que nunca, e é por isso que acreditamos que em breve faremos nossa primeira detecção direta de ondas gravitacionais”, disse ele.
LIGO e Virgo compartilham o mesmo design básico: tubos de vácuo de dois quilômetros de comprimento dispostos em um ângulo reto como a letra maiúscula L . Lasers localizados no canto do L disparam lasers de espelhos refletores localizados nos vértices. A passagem de ondas gravitacionais deve, em teoria, deformar esses feixes em comprimentos ligeiramente diferentes — a pegada de uma onda gravitacional.
Ao contrário da esmagadora maioria da astronomia, que se preocupa com a mineração de luz para dados, as novas instalações Advanced LIGO e Advanced Virgo se comportarão como microfones espaciais gigantes, gravando os sons ambientes de catástrofes cósmicas distantes.
“A razão pela qual gostamos de usar a analogia com som e microfones é que esses detectores não são telescópios no sentido tradicional que podem ser apontados em uma direção específica para o céu”, disse Pannarale do LIGO e Virgo. 'Os sinais que esperamos ver, ou 'ouvir', de buracos negros coalescentes e estrelas de nêutrons, são tons de chilrear na banda de frequência à qual nosso ouvido é sensível.'
“Se você colocar o que o LIGO/Virgo está detectando nos alto-falantes e amplificar o suficiente, você pode realmente ouvir a trilha sonora do universo”, acrescentou.
Já tivemos a sorte de capturar as batidas techno dos cometas e a canções fantasmagóricas dos anéis de Saturno , então bisbilhotar as aberturas mais intrínsecas do universo não parece nada forçado. Esse método delicioso de captura de dados é interessante por seus próprios méritos, mas também fornece um trampolim para estudar alguns dos fenômenos cósmicos mais espetaculares do universo.
Por exemplo, Pannarale e seu colega astrônomo Frank Ohme , também da Universidade de Cardiff, esperam usar o LIGO e o Virgo para investigar as origens das explosões curtas de raios gama. Essas explosões extraordinariamente luminosas de radiação durar menos de dois segundos , diferenciando-os das longas explosões de raios gama mais comuns, que são melhor compreendidas pelos cientistas.
A teoria predominante é que essas explosões podem ser causadas pela fusão de uma estrela de nêutrons com um buraco negro. Pannarale e Ohme recentemente publicou um artigo dentro As Cartas do Jornal Astrofísico descrevendo como o LIGO e o Virgo podem esclarecer o mistério quando estiver operacional no próximo ano.
'Com nosso estudo, mostramos que, se uma explosão de raios gama for observada por um telescópio, podemos obter dados de ondas gravitacionais naquele momento e procurar uma estrela de nêutrons se fundindo com um buraco negro de maneira mais rápida e eficiente do que antes foi feito e planejado até agora', disse-me Pannarale. 'A partir daí, os pesquisadores podem confirmar as origens dessas explosões curtas, ao mesmo tempo em que estreitam o comportamento interno das estrelas de nêutrons.
“Ambos os pontos são muito importantes na física moderna e na astrofísica porque não sabemos ao certo o que gera explosões curtas de raios gama e porque não temos uma descrição única da matéria dentro das estrelas de nêutrons, mas vários modelos para isso”, disse Pannarale. 'Nossa incerteza sobre o comportamento exato da matéria nas estrelas de nêutrons se deve ao fato de que não podemos replicar na Terra as altas densidades que são alcançadas dentro delas.'
De fato, como Pannarale apontou, uma estrela de nêutrons contém a massa de aproximadamente 1,4 vezes o nosso Sol em uma esfera com um diâmetro de cerca de 20 quilômetros. 'Isso é mais ou menos o comprimento da ilha de Manhattan!' ele disse – uma comparação que realmente mostra como esses objetos são insondavelmente densos.
Investigar a natureza das estrelas de nêutrons e as origens das explosões curtas de raios gama serão dois dos muitos projetos possibilitados pelos detectores Advanced LIGO e Advanced Virgo. Se tudo estiver dentro do cronograma, os primeiros dados das instalações são esperados em 2016.
Fale sobre um ano apropriado para cumprir a previsão de Einstein de 1916 de que as ondas gravitacionais emanam por todo o universo. Um século depois de terem sido imaginados pela primeira vez, os cientistas podem finalmente capturar essas ondulações indescritíveis com LIGO e Virgo, trazendo-nos um passo mais perto de desbloquear a mecânica fundamental do universo.