Em 14 de setembro de 2015, ondas gravitacionais, previstas 99 anos antes, foram detectadas pela primeira vez. Dez anos se passaram desde essa descoberta, período durante o qual inúmeros avanços científicos foram alcançados. Em particular, a detecção de oscilações de alta frequência pelas instalações LIGO e Virgo foi complementada por um método de detecção de baixa frequência usando uma grade de pulsares de rádio, mas a faixa de frequência média era inacessível aos cientistas. Agora, eles propuseram preencher essa lacuna.
Fonte da imagem: Universidade de Birmingham
A ideia foi proposta por cientistas da Universidade de Birmingham. Essa nova abordagem deve levar à detecção de ondas gravitacionais na faixa de frequências dos milihertz, o que permitirá o estudo de fenômenos astrofísicos e cosmológicos inacessíveis aos instrumentos atuais.
Ondas gravitacionais — ondulações no espaço-tempo previstas por Einstein — foram detectadas em altas frequências usando interferômetros terrestres como o LIGO e o Virgo e, posteriormente, em 2023, em frequências ultrabaixas usando pulsares de rádio. No entanto, a faixa de frequências médias permaneceu um ponto cego científico. O novo conceito de detector se baseia em tecnologias avançadas de ressonadores ópticos e relógios atômicos para detectar ondas gravitacionais na faixa de frequências dos milihertz (10⁻⁵–1 Hz).
Em um artigo recente publicado na revista Classical and Quantum Gravity, cientistas apresentaram um detector que utiliza avanços na tecnologia de ressonadores ópticos, originalmente desenvolvidos para relógios atômicos ópticos, para medir pequenas mudanças de fase na luz laser causadas pela passagem de ondas gravitacionais. Ao contrário dos interferômetros de grande porte com braços que se estendem por muitos quilômetros, esses detectores são compactos e relativamente imunes a interferências sísmicas e outras.
Cada unidade do detector milihertz proposto consiste em dois ressonadores ópticos ultraestáveis ortogonais e um relógio atômico, permitindo a detecção multicanal de ondas gravitacionais. Essa configuração não apenas aumenta a sensibilidade, mas também permiteDetermine a polarização das ondas e a direção da fonte.
Um dos autores do desenvolvimento declarou: “Ao alavancar a tecnologia desenvolvida para relógios atômicos ópticos, podemos expandir a detecção de ondas gravitacionais para uma faixa de frequência totalmente nova, usando instrumentos que cabem em uma bancada de laboratório. Isso abre perspectivas promissoras para a criação de uma rede global desses detectores e a busca por sinais que, de outra forma, permaneceriam sem serem detectados por pelo menos mais uma década.”
Espera-se que a faixa de frequência de milihertz, às vezes chamada de “faixa intermediária”, contenha sinais de uma variedade de fontes astrofísicas e cosmológicas, incluindo binárias compactas de anãs brancas e fusões de buracos negros. Futuras missões de ondas gravitacionais, como a LISA, também visam essa faixa de frequência, mas seu lançamento está previsto para a década de 2030, enquanto os detectores de cavidade óptica propostos poderiam começar a explorar essa região hoje.
Cientistas continuam a revelar as perspectivas do desenvolvimento: “Este detector nos permitirá testar modelos astrofísicos de sistemas binários em nossa galáxia, estudar fusões de buracos negros massivos e até mesmo procurar por fundos estocásticos do Universo primordial. Usando este método, podemos começar a estudar esses sinais na Terra, abrindo caminho para futuras missões espaciais.”