O observatório LIGO detectou novamente um sinal de uma onda gravitacional oriunda de um par de buracos negros. O mesmo sinal foi visto no Instituto Albert Einstein, em Hannover.
A fonte da onda: a imagem vem de uma simulação numérica do evento de ondas gravitacionais GW170104, que foi gerada pela fusão de dois buracos negros. A força da onda gravitacional é indicada pela altura, assim como a cor; o azul denota campos fracos, o amarelo, campos forte. Os buracos negros foram aumentados por um fator de dois, a fim de melhorar a visibilidade. © Numerical-relativistic simulation: S. Ossokine, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes Project; Scientific Visualization: T. Dietrich (Max Planck Institute for Gravitational Physics), R. Haas (NCSA)
Pela terceira vez, pesquisadores detectaram ondas gravitacionais previstas por Albert Einstein há 100 anos. Os dois detectores do LIGO nos EUA ouviram o 'som' em 4 de Janeiro de 2017. A onda gravitacional chamada GW170104, chegou 3 milésimos de segundo antes no Hanford do que no instrumento Livingston, um efeito devido à posição da fonte no céu. O sinal veio de um par de buracos negros com 31 e 19 massas solares integrados em um único buraco negro com uma massa de cerca de 49 vezes a do nosso Sol e foi visto pela primeira vez no Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Albert Einstein Institute, AEI), em Hannover.
A última descoberta solidifica o caso de uma nova classe de pares de buracos negros ou buracos negros binários, com massas que são maiores do que as que tinham sido vistas antes pelo LIGO. O buraco negro recém-descoberto, formado pela fusão de pares, tem uma massa cerca de 49 vezes maior do que o nosso Sol, esta preenche uma lacuna entre as massas dos dois buracos negros incorporados anteriormente detectados pelo Ligo, que tinham massas de 62 sóis (da primeira detecção) e de 21 sóis (segunda detecção).
A Colaboração Científica LIGO (LSC) publicou os resultados na revista Physical Review Letters. Uma análise detalhada mostrou que o sinal de onda gravitacional foi emitido pela colisão de dois buracos negros de 31 e 19 massas solares, respectivamente. “Com outro evento deste tipo, estamos percebendo que buracos negros massivos binários são mais comuns do que tínhamos acreditado a um pouco mais de um ano atrás. Temos muito a aprender - este é um momento emocionante para a nova era da astrofísica/astronomia de ondas gravitacionais” disseram Bruce Allen e Alessandra Buonanno, diretores do Instituto Max Planck de Física Gravitacional, e Karsten Danzmann, diretor do Instituto Max Planck de Física Gravitacional e no Instituto de Física Gravitacional da Leibniz Universität Hannover.
O sinal de onda gravitacional de GW170104 foi detectado durante cerca de 920 ms na banda de observação do LIGO entre cerca de 20 Hertz e 265 Hertz em 29 ciclos de ondas gravitacionais. Os buracos negros fundiram a cerca de 172 Hz. O sinal foi mais fraco do que o primeiro detectado pelo LIGO em setembro 2015 porque as massas dos buracos negros eram menores e a fusão aconteceu a uma distância de cerca de três bilhões de anos-luz, duas vezes tão longe quanto o primeiro.
As curvas das ondas: o sinal do GW170104 nos dois instrumentos do LIGO. Os dados do detector Livingston foi deslocado para trás por três milissegundos para ajustar-se à posição do céu da fonte. Além disso, o sinal da amplitude foi revertido para compensar a orientação dos detectores. A forma de onda mais provável para a fusão de buracos negros, de acordo com o modelo desenvolvido no Instituto Max Planck de Física Gravitacional, em Potsdam, é a curva negra. A metade inferior da imagem mostra o ruído do detector restante depois da dedução do modelo. © LIGO / PRL
Métodos de análise de dados e poder de computação para encontrar GW170104
A detecção inicial do sinal GW170104 foi possível devido à análise cuidadosa por Alexander Nitz, um pesquisador de pós-doutorado na AEI Hannover. Enquanto o sistema de análise de dados do LIGO gera normalmente alertas de candidatos a sinais automáticos, isso não aconteceu em 4 de janeiro de 2017 devido a uma configuração incorreta no local de Hanford. Nitz inspecionou visualmente candidatos naquele dia gerados por uma análise de baixa latência que tinham desenvolvido na AEI. Um exame adicional revelou um candidato correspondente dos dados de Hanford. “Estou orgulhoso de que a primeira detecção direta do novo sinal foi vista pela primeira vez no AEI em Hannover”, disse Bruce Allen, diretor da AEI e professor honorário na Leibniz Universität Hannover. “Como um alerta automático não foi gerado para GW170104, isso é ainda mais significativo para o novo evento do que foi em setembro de 2015.”
Membros da divisão observacional de Relatividade e Cosmologia na AEI Hannover desenvolveram e implementaram muitos dos algoritmos e softwares utilizados na análise dos dados do LIGO. Foram usadas análises, por exemplo, para determinar a significância estatística de GW170104 e para determinar os seus parâmetros. Além disso, cerca de 50% da análise dos dados foi realizada no computador Atlas operado pela divisão.
Mais do que Buracos Negros
“O LIGO vai estudar muito mais do que os buracos negros”, disse Jolien Creighton, um físico da Universidade de Wisconsin-Milwaukee (UWM) e um membro veterano da equipe de detecção.
O observatório foi forçado a abrir uma nova janela sobre o Universo, permitindo que os cientistas ouçam eventos cósmicos distantes - lugares onde os telescópios convencionais não conseguem chegar. O LIGO trará novos insights sobre tudo, desde os elementos mais pesados na Terra à natureza da própria gravidade.
O próximo grande avanço do LIGO poderá vir da detecção de colisões de estrelas de nêutrons binárias - os cadáveres de estrelas mortas que é formada por uma esfera com a massa do Sol embrulhada no tamanho de uma cidade. Estas fusões acontecem em comprimentos de onda semelhantes às colisões de buracos negros já vistos pelo LIGO, e os cientistas esperavam ver as estrelas de nêutrons em primeiro lugar.
“Este trabalho relata apenas algumas semanas de dados, e pretendemos executar até agosto”, diz Chad Hanna, um cientista do LIGO da Pennsylvania State University. “Nós ainda podemos detectar mais eventos.”
Portanto, é possível que uma fusão de estrela de nêutrons binária ainda possa ser vista este ano, ou após a colaboração do LIGO atualizar seus instrumentos ao longo dos próximos anos. Uma atualização sobre o último verão não aumentou a sensibilidade do instrumento tanto quanto os cientistas esperavam.
“Muitos dos elementos que vemos na Terra não foram formados em estrelas que explodiram, mas formados na colisão de estrelas de nêutrons binárias”, diz Creighton. Os seres humanos são feitos principalmente de coisas feitas em estrelas típicas como carbono e hidrogênio, mas outros elementos terrenos com números atômicos altos, como o ouro, são suspeitos de terem vindo desses eventos mais exóticos.
“A maioria do ouro que vemos no sistema solar pode ter vindo de uma colisão de estrelas de nêutrons binária que produziu algo como uma massa de Júpiter em ouro e dispersou-o em todas as direções”, diz Creighton.
O LIGO irá detectar fusões estrela de nêutrons e enviar um alerta para a comunidade astronomia, dizendo aos pesquisadores apontam seus telescópios para aquela região do céu e captam o evento. As observações vão testar teorias científicas em condições que nunca poderiam ser recriadas em um laboratório.
Mais de um ano depois de detectar as primeiras ondas gravitacionais confirmadas, os pesquisadores estavam ocupados na Laser Interferometer Gravitational Observatory (LIGO) em Livingston, LA., melhorando os instrumentos.
Físicos também esperam que mais observações do Ligo revelem novas perspectivas sobre a própria gravidade, bem como a partícula que supostamente carrega a força da gravidade chamada gráviton. O gráviton está para a gravidade como o fóton está para o eletromagnetismo. Como o fóton, os cientistas suspeitam que ele também não tem massa. E esta terceira detecção de ondas gravitacionais LIGO ajudou a limitar quão grande o gráviton poderia ser. Mas novos testes estão no horizonte também.
“Eu estou realmente animado em testar a relatividade geral”, diz o físico Sarah Caudill, que trabalha com os aglomerados de computadores que fazem as detecções do LIGO serem possíveis. Ela suspeita que o LIGO poderia revelar que a teoria de Einstein precisa de algumas pequenas correções.
“Eu acho que a maioria das pessoas ficaria surpresa se a relatividade geral estivesse 100 por cento correta, mas não há nenhuma evidência de que isso seja verdade. Einstein criou esta teoria há 100 anos e sem capacidade de observar ondas gravitacionais, de modo que, mesmo se ela não for 100 por cento correta, é uma façanha.”
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Graduado em Física pela UEPB. Mestre em física com ênfase em Cosmologia pela UFCG. Possui experiência na área de divulgação científica com ênfase em astronomia, astrofísica, etnoastronomia, astrobiologia, cosmologia, biologia evolutiva e história da ciência. Possui experiência na área de docência em informática e Física. Artista plástico. Fundador do Projeto Mistérios do Universo. Membro da Associação Paraibana de Astronomia e da Sociedade Astronômica Brasileira. Pai, nerd, colecionador, aficionado pela arte, por livros, pela ciência, pela astronomia e pelo Universo.