Antena csmica capta zumbido de fundo de ondas gravitacionais

Espao

Redação do Site Inovação Tecnológica – 29/06/2023

Zumbido de fundo de ondas gravitacionais

As teorias de Einstein nos dizem que o espao-tempo uma espcie de “tecido”, que deformado pela massa, dando origem fora da gravidade, que nos atrai em direo a essas massas.

Ento, o quadro que tnhamos do Universo at pouco tempo atrs consistia em um extenso tecido repousando serenamente pelo cosmos, aqui e ali mais deformado por grandes massas, como planetas, estrelas e buracos negros.

Mas, como um “tecido”, o espao-tempo pode se ondular, e ele faz isso por meio das ondas gravitacionais, que comearam a ser detectadas h poucos anos. Os instrumentos que desenvolvemos at agora, porm, como os observatrios LIGO e VIRGO, s detectam uma janela muito estreita de frequncias – e, como qualquer onda, as ondas gravitacionais podem ondular nas mais diversas frequncias.

Agora, uma equipe internacional de pesquisadores, usando radiotelescpios em vrias partes do mundo, conseguiu detectar pela primeira vez ondas gravitacionais de baixa frequncia, na faixa dos nanohertz. uma frequncia to baixa que significa que, uma vez que um pico de uma onda gravitacional dessas passe por ns, pode levar de anos, ou mesmo dcadas, para que o prximo pico nos atinja.

uma descoberta marcante porque ela redesenha fundamentalmente a imagem que tnhamos do tecido do espao-tempo: Em vez de um tecido “repousando serenamente”, quase esttico, o que temos algo muito mais parecido com a superfcie do mar, repleta de ondas das mais diversas dimenses, sacudindo o tecido e interagindo umas com as outras o tempo todo, criando o que os astrofsicos esto chamando de um “zumbido”, um rudo de fundo de ondas gravitacionais.

A existncia e a composio desse plano de fundo de ondas gravitacionais – h muito teorizado, mas s agora ouvido – apresenta inmeros novos insights sobre questes de longa data da cosmologia, do destino de pares de buracos negros supermassivos at a frequncia das fuses de galxias.

Antena csmica

Ao contrrio das fugazes ondas gravitacionais de alta frequncia captadas por instrumentos terrestres, como o LIGO e o VIRGO, o sinal contnuo de baixa frequncia detectado agora s pode ser percebido com um detector muito maior do que a Terra ou mesmo do que o Sistema Solar.

Para isso, os astrnomos transformaram nosso setor da Via Lctea em uma enorme antena de ondas gravitacionais, essencialmente transformando estrelas exticas, chamadas pulsares, em uma matriz de deteco na qual cada pulsar funciona como um sensor – os astrnomos chamam essa antena csmica virtual de matriz de tempo de pulsar. O trabalho da rede NanoGrav (Observatrio de Ondas Gravitacionais Nanohertz) comeou h 15 anos, coletando dados de 68 pulsares.

Os pulsares agem como faris estelares, disparando feixes de ondas de rdio dos seus plos magnticos. medida que giram rapidamente (s vezes centenas de vezes por segundo), esses feixes varrem o cu, aparecendo do nosso ponto de vista na Terra como pulsos rtmicos de ondas de rdio. Os pulsos chegam Terra como um metrnomo, com uma temporizao to precisa que, quando Jocelyn Bell mediu as primeiras ondas de rdio de pulsar, em 1967, os astrnomos pensaram que poderiam ser sinais de uma civilizao aliengena.

Quando uma onda gravitacional passa entre ns e um pulsar, ela altera o tempo da onda de rdio porque, como Einstein previu, as ondas gravitacionais estendem e comprimem o espao medida que ondulam pelo cosmos, mudando a distncia que as ondas de rdio precisam percorrer para chegar at ns.

Para procurar pelo zumbido de fundo das ondas gravitacionais, a equipe desenvolveu programas de computador para comparar o tempo de pares de pulsares em sua antena csmica – as ondas gravitacionais mudam esse tempo em diferentes graus, dependendo da proximidade dos pulsares no cu. As ondas gravitacionais que geram esse efeito so como aquelas geradas pela fuso de buracos negros ou estrelas de nutrons j detectadas anteriormente. A diferena que a antena csmica permite detectar a interao entre inmeras delas.

“Imagine muitas ondulaes em um oceano a partir de pares de buracos negros supermassivos espalhados por toda parte,” explicou Joseph Lazio, membro da colaborao NanoGrav, que coordenou as observaes. “Agora, estamos sentados aqui na Terra, que funciona como uma boia junto com os pulsares, e tentamos medir como as ondulaes esto mudando e fazendo com que as outras boias se aproximem e se afastem de ns.”

Melhorias das medies

A anlise dos dados do NANOGrav captou o que parece ser um “zumbido coletivo” de ondas gravitacionais de muitos pares de buracos negros supermassivos em fuso em todo o Universo. “As pessoas comparam esse sinal a um murmrio de fundo, em oposio aos gritos que o LIGO capta,” comparou Katerina Chatziioannou, membro da equipe.

uma espcie de radiao de fundo de ondas gravitacionais, assim como existe uma radiao de fundo de micro-ondas, tambm conhecida como “eco do Big Bang”.

Os dados so convincentes, mas a equipe ressalta que necessrio melhorar a sensibilidade da rede terrestre que detecta os sinais dos pulsares, bem como ajustar os modelos para lidar com a srie de incertezas em medies to sensveis como esta.

“Para desvendar o fundo das ondas gravitacionais, tivemos que identificar uma infinidade de efeitos interferentes, como o movimento dos pulsares, as perturbaes causadas pelos eltrons livres em nossa galxia, as instabilidades dos relgios de referncia nos observatrios de rdio e at a localizao precisa do centro do Sistema Solar, que determinamos com a ajuda das misses Juno e Cassini da NASA,” exemplificou Michele Vallisneri, tambm participante do NanoGrav.

Enquanto a equipe trabalha para melhorar suas medies e coletar mais dados, existem outros pesquisadores trabalhando no outro extremo do espectro, tentando detectar ondas gravitacionais de alta frequncia.

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