Cientistas pela primeira vez “ouviram” o coro de ondas gravitacionais de baixa frequência penetrando no Universo

Grupos de cientistas da Austrália, Estados Unidos, Europa, China e Índia publicaram de forma independente materiais sobre a detecção de sinais de ondas gravitacionais de baixa frequência – essa não é exatamente a descoberta deles, mas os resultados das observações indicam com alta probabilidade que algo significativo Foi gravado. Os astrônomos conseguiram “ouvir” ondas gravitacionais de baixa frequência – ondulações fracas no tecido do universo causadas pelo movimento de objetos supermassivos que se estendem e comprimem o espaço.

Visualização de ondas gravitacionais produzidas por buracos negros supermassivos. Fonte da imagem: nanograv.org

Einstein também previu que, à medida que se movem no espaço e no tempo, objetos superpesados ​​criam ondulações que percorrem o tecido do universo – às vezes essas ondulações são chamadas de música de fundo do universo. Em 2015, o experimento LIGO ajudou a detectar ondas gravitacionais e provou que Einstein estava certo, mas até agora elas só foram detectadas em altas frequências. Estes eram “chilros” discretos e rápidos que só ocorrem em determinados momentos, como quando relativamente pequenos buracos negros e estrelas mortas colidem uns com os outros.

No mais recente projeto de pesquisa, os cientistas tentaram detectar ondas gravitacionais em frequências de nanohertz muito mais baixas – os períodos dessas ondulações lentas podem durar anos ou até décadas. Provavelmente vem dos maiores objetos do universo – buracos negros supermassivos pesando bilhões de massas solares. Mas há outros “suspeitos”: cordas cósmicas, mudanças de fase no Universo, a rápida expansão do espaço após o Big Bang. Talvez o próprio Big Bang, mas o comprimento da onda gravitacional seria do tamanho do Universo e exigiria um detector de escala comparável.

Galáxias no universo constantemente colidem e se fundem. Processos semelhantes são observados em buracos negros supermassivos nos núcleos das galáxias. Eles se aproximam, giram em torno um do outro e eventualmente também se fundem, emitindo ondas gravitacionais durante a interação. Se compararmos a colisão de buracos negros supermassivos com uma pedra jogada em um lago, então as ondulações que ele cria na superfície do lago são ondas gravitacionais de baixa frequência. Eles divergem simultaneamente em todas as direções na velocidade da luz, comprimindo e esticando o espaço e o tempo. É impossível corrigir essas ondulações com instrumentos diretamente acessíveis aos humanos – o comprimento de uma onda de nanohertz pode ser medido em anos-luz. Simplificando, a Terra é muito pequena e um detector de escala galáctica seria necessário. Os cientistas da NANOGrav levaram 15 anos para descobri-los por métodos indiretos, e em seu trabalho usaram equipamentos instalados em toda a América do Norte. Astrônomos de outros países confiaram nos resultados de estudos que duraram até 18 anos.

Observatório Very Large Array. Fonte da imagem: nrao.edu

Vivemos em uma galáxia muito maior que a Terra e nela existem objetos que podem ser usados ​​para detectar indiretamente sinais de ondas gravitacionais de baixa frequência. Estes são pulsares de rádio – estrelas mortas que emitem rajadas de radiação eletromagnética na faixa de frequência de rádio à medida que giram. Essas rajadas se distinguem pela periodicidade estrita, como uma espécie de relógio perfeitamente preciso, localizado no espaço distante. Mas como as ondas gravitacionais distorcem o tecido do espaço e do tempo, elas mudam a distância entre a Terra e esses pulsares, distorcendo assim esse ritmo extremamente estável. Uma pequena falha em um evento periódico, é claro, não é suficiente. Mas se você rastrear muitos pulsares ao longo do tempo e observar as interrupções associadas na frequência das rajadas de rádio,

Como parte do projeto de pesquisa, os astrônomos do NANOGrav observaram 68 pulsares usando os radiotelescópios Green Bank (EUA, Virgínia Ocidental), Arecibo (Porto Rico) e Very Large Array (EUA, Novo México). Evidências semelhantes foram encontradas por outras equipes de cientistas que rastrearam outros pulsares com telescópios ao redor do mundo. No total, o material foi coletado em 115 pulsares ao longo de 18 anos. A astronomia das matrizes temporais do pulsar é um projeto de longo prazo, mas os cientistas já estão o mais perto possível de confirmar a descoberta. Os pesquisadores reuniram suas observações – o resultado final deve estar disponível dentro de um ano ou dois.

Infelizmente, esse método não nos permite rastrear exatamente de onde vêm certas ondas gravitacionais de baixa frequência – ele simplesmente revela o zumbido constante que nos rodeia. Da mesma forma, uma pessoa em uma festa barulhenta ouve muitas pessoas conversando, mas não consegue ouvir nada em particular.

Já existem razões para acreditar que o ruído de fundo das ondas gravitacionais de baixa frequência detectadas pelos cientistas acabou sendo “mais alto” do que o esperado. Isso pode significar que as fusões de buracos negros estão acontecendo com mais frequência do que se pensava, ou que nossa compreensão da natureza do universo não é bem verdadeira. Os pesquisadores esperam que a descoberta nos ajude a aprender mais sobre os objetos supermassivos do universo, abra novas portas para a “arqueologia cósmica” e acompanhe a história das fusões de buracos negros e galáxias ao nosso redor.