Ondas gravitacionais detectadas em outro par de buracos negros
Pesquisadores no Brasil contribuem para a descoberta
Por Assessoria de Comunicação e Imprensa/UNESP
No dia 26 de dezembro de 2015, à 01:38:53, horário de Brasília, cientistas observaram ondas gravitacionais, ondulações no espaço tempo, pela segunda vez.
As ondas gravitacionais foram detectadas simultaneamente nos Observatórios para detecção de Ondas Gravitacionais por Interferometria Laser (sigla LIGO em inglês), localizados em Livingston, Estado da Louisiana, e Hanford, em Washington, nos EUA.
Os observatórios LIGO são financiados pela Fundação Nacional da Ciência (sigla NSF em inglês) e foram pensados, construídos e são operados pelo Caltech and MIT. A descoberta, aceita para publicação na revista científica Physical Review Letters, foi efetuada pela Colaboração Científica LIGO, que inclui a colaboração GEO e o Australian Consortium for Interferometric Gravitational Astronomy, e a colaboração Virgo usando dados dos dois detectores LIGO.
Ondas Gravitacionais carregam informações sobre suas próprias origens e sobre a natureza da gravidade que não poderiam ser obtidas de outra maneira. Físicos concluíram que essas ondas gravitacionais foram produzidas durante os últimos instantes da fusão de dois buracos negros – de massa respectivamente 14 e 8 vezes o nosso Sol – que produziram um buraco negro único e mais massivo, com massa 21 vezes maior do que a do Sol.
“É importante notar que esses buracos negros são muito menos massivos que aqueles observados na primeira detecção”, falou Gabriela Gonzalez, a porta-voz da Colaboração Científica LIGO (sigla LSC em inglês) e professora de física e astronomia da Universidade do Estado da Lousiana. “Graças a suas massas menores, quando comparadas com aquelas da primeira detecção, eles passaram mais tempo – cerca de um segundo – na banda sensível dos detectores. É um início promissor no mapeamento das populações de buracos negros de nosso Universo”.
Durante a fusão, que ocorreu há aproximadamente 1.4 bilhões de anos, uma quantidade de energia equivalente mais o menos à massa do Sol foi convertida em ondas gravitacionais. O sinal detectado foi originado das ultimas 27 órbitas dos buracos negros antes da colisão. A partir do tempo de chegada dos sinais – o detector do Livingston mediu as ondas 1.1 milissegundos antes do detector de Hanford — a posição da fonte no céu pôde ser aproximadamente determinada.
“Em um futuro próximo, Virgo, o interferômetro Europeu, se juntará à rede de detectores de ondas gravitacionais e irá melhorar nossa contribuição para a astronomia de múltiplos mensageiros,” disse Fulvio Ricci, porta-voz da Colaboração Virgo. “Os três interferômetros juntos permitirão uma localização muito melhor dos sinais no céu”.
A primeira detecção das ondas gravitacionais, anunciada no dia 11 de fevereiro de 2016, foi um marco histórico na física e na astronomia; confirmou uma importante predição da teoria da Relatividade Geral de Einstein (1915) e foi o marco inicial para o novo campo de pesquisa em astronomia gravitacional.
A segunda detecção “legitimou o ‘O’ para Observatório em LIGO”, disse Albert Lazzarini (Caltech), diretor dos laboratórios do LIGO. “Com a detecção de dois eventos de impacto nos primeiros quatro meses de coleta de dados, podemos começar a fazer predições sobre quantas vezes poderemos escutar ondas gravitacionais no futuro. LIGO está nos levando para um novo modo de observar alguns dos eventos mais escuros e mais energéticos em nosso universo”.
“Estamos começando a ter uma ideia do tipo de informações astrofísicas que só podem vir de detectores de ondas gravitacionais”, falou o diretor do MIT, David Shoemaker, que dirigiu o programa de construção dos detectores avançados LIGO.
Ambas as descobertas foram possíveis graças às capacidades avançadas do Advanced LIGO, cujas melhorias significativas aumentaram a sensibilidade dos instrumentos em comparação à primeira geração dos detectores LIGO, o que permitiu um aumento significativo no volume do universo observado.
“Com o advento do Advanced LIGO, já esperávamos que os pesquisadores eventualmente detectassem fenômenos inesperados, mas essas duas detecções ultrapassaram nossas expectativas”, falou o diretor do NSF France, A. Córdova. “Este investimento de 40 anos da NSF nesta pesquisa básica já está fornecendo novas informações sobre a natureza do universo escuro”.
A próxima coleta de dados do Advanced LIGO começará nos últimos meses de 2016. Até lá melhorias adicionais na sensibilidade dos detectores são esperadas, o que permitirá ao LIGO atingir de 1.5 até 2 vezes mais volume do universo do que atualmente. Espera-se que o detector Virgo possa coletar dados juntos com os LIGOs na segunda metade da próxima coleta de dados.
A pesquisa do LIGO é efetuada pela Colaboração Científica LIGO (sigla LSC em inglês), um grupo de mais de 1 mil cientistas de Universidades dos Estados Unidos e de mais 14 países, entre eles o Brasil. Mais de 90 universidades e instituições de pesquisa no mundo desenvolvem tecnologia de detecção e análise de dados; aproximadamente 250 estudantes são membros importantes da colaboração. A rede de detectores do LSC incluem os interferômetros LIGO e o detector GEO600.
A pesquisa de Virgo é efetuada pela Colaboração Virgo, composta por mais de 250 físicos e engenheiros que pertencem a 19 grupos europeus diferentes: seis do Centro National da Pesquisa Científica (sigla CNRS em francês) na França; oito do Instituto Nacional de Física Nuclear (sigla INFN em itáliano) na Itália; dois na Holanda com o Nikhef, o Wigner RCP na Hungria; o grupo POLGRAW na Polônia e o Observatório Gravitacional Europeu (sigla EGO em inglês), o laboratório que sedia o detector Virgo perto de Pisa, na Itália.
O NSF lidera o financiamento para o Advanced LIGO. Organizações financiadoras na Alemanha (Max Placnk Society), no Reino Unido (Science and Technology Facilities Council, STFC) e Austrália (Australian Research Council) também deram contribuições significativas ao projeto.
Várias tecnologias chave que permitiram maior sensibilidade ao Advanced LIGO foram desenvolvidas e testadas pela colaboração Anglo-Alemã GEO. Recurso computacionais importantes foram disponibilizados pelo cluster de computadores Atlas do AEI de Hannover, o laboratório do LIGO, a Universidade de Syracuse, o cluster ARCCA da Universidade de Cardiff, a Universidade de Winsconsin-Milwaukee, e pelo Open Science Grid do qual a UNESP faz parte. Várias Universidades desenharam, construíram e testaram componentes chaves e técnicas para o Advanced LIGO: a Australian National University, a Universidade de Adelaide, a Universidade do Western Australia, a Universidade da Florida, Stanford University, Columbia University na cidade de New York, e a Louisiana State University. O grupo GEO inclui cientistas do Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute, AEI), Leibniz Universität Hannover, em parceria com a Universidade de Glasgow, Cardiff University, a Universidade de Birmingham, outras universidades no Reino Unido e na Alemanha, e a Universidade das Ilhas Baleares na Espanha.
Pesquisadores no Brasil contribuindo para a descoberta
Existem dois grupos no Brasil, ambos no Estado de São Paulo, que participam oficialmente da LSC. O primeiro deles está na Divisão de Astrofísica do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), em São José dos Campos, órgão do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação e conta com seis membros. O outro grupo está no ICTP (Instituto de Pesquisa Básica da América do Sul), filiado ao Centro Internacional de Física Teórica (sigla ICTP-SAIFR em inglês), localizado no IFT/UNESP, na cidade de São Paulo.
O grupo do INPE, dirigido por Odylio Aguilar, trabalha no aperfeiçoamento da instrumentação de isolamento vibracional do LIGO, na sua futura operação com espelhos resfriados e na caracterização dos detectores, buscando determinar suas fontes de ruído.
Já o grupo do ICTP-SAIFR/IFT-UNESP, dirigido por Riccardo Sturani, trabalha na modelagem e análise dos dados de sinais de sistemas estelares binários coalescentes, como os dois eventos detectados até agora. A modelagem é particularmente importante porque as ondas gravitacionais interagem fracamente com a matéria, tornando necessário, além de detectores de alto desempenho, técnicas de análises eficazes e uma modelagem teórica precisa dos sinais.
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http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.241103
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