Detector de ondas gravitacionais LIGO está de volta online após 3 anos de atualizações

Professor de Física, Penn State

Chad Hanna recebe financiamento da National Science Foundation e da NASA.

A Penn State fornece financiamento como parceira fundadora do The Conversation US.

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Após um hiato de três anos, cientistas americanos acabam de ligar detectores capazes de medir ondas gravitacionais – pequenas ondulações no próprio espaço que viajam pelo universo.

Ao contrário das ondas de luz, as ondas gravitacionais são quase desimpedidas pelas galáxias, estrelas, gás e poeira que preenchem o universo. Isso significa que, ao medir as ondas gravitacionais, astrofísicos como eu podem espiar diretamente o coração de alguns desses fenômenos mais espetaculares do universo.

Desde 2020, o Observatório de Ondas Gravitacionais Interferométricas a Laser – comumente conhecido como LIGO – está inativo enquanto passou por algumas atualizações interessantes. Essas melhorias aumentarão significativamente a sensibilidade do LIGO e devem permitir que a instalação observe objetos mais distantes que produzem ondulações menores no espaço-tempo.

Ao detectar mais eventos que criam ondas gravitacionais, haverá mais oportunidades para os astrônomos também observarem a luz produzida por esses mesmos eventos. Ver um evento através de múltiplos canais de informação, uma abordagem chamada astronomia multi-mensageiro, oferece aos astrônomos oportunidades raras e cobiçadas de aprender sobre física muito além do domínio de qualquer teste de laboratório.

De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, massa e energia distorcem a forma do espaço e do tempo. A curvatura do espaço-tempo determina como os objetos se movem uns em relação aos outros – o que as pessoas experimentam como gravidade.

Ondas gravitacionais são criadas quando objetos massivos como buracos negros ou estrelas de nêutrons se fundem uns com os outros, produzindo grandes mudanças repentinas no espaço. O processo de deformação e flexão do espaço envia ondulações pelo universo como uma onda em um lago tranquilo. Essas ondas viajam em todas as direções a partir de uma perturbação, curvando minuciosamente o espaço enquanto o fazem e mudando levemente a distância entre os objetos em seu caminho.

Embora os eventos astronômicos que produzem ondas gravitacionais envolvam alguns dos objetos mais massivos do universo, o alongamento e a contração do espaço são infinitamente pequenos. Uma forte onda gravitacional passando pela Via Láctea só pode alterar o diâmetro de toda a galáxia em três pés (um metro).

Embora previsto pela primeira vez por Einstein em 1916, os cientistas daquela época tinham poucas esperanças de medir as pequenas mudanças na distância postuladas pela teoria das ondas gravitacionais.

Por volta do ano 2000, cientistas da Caltech, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e de outras universidades ao redor do mundo terminaram de construir o que é essencialmente a régua mais precisa já construída – o observatório LIGO.

O LIGO é composto por dois observatórios separados, um localizado em Hanford, Washington, e o outro em Livingston, Louisiana. Cada observatório tem a forma de um L gigante com dois braços de 2,5 milhas de comprimento (quatro quilômetros de comprimento) que se estendem do centro da instalação a 90 graus um do outro.

Para medir as ondas gravitacionais, os pesquisadores apontam um laser do centro da instalação até a base do L. Lá, o laser é dividido de forma que um feixe desça por cada braço, reflita em um espelho e retorne à base. Se uma onda gravitacional passar pelos braços enquanto o laser estiver brilhando, os dois feixes retornarão ao centro em momentos ligeiramente diferentes. Ao medir essa diferença, os físicos podem discernir que uma onda gravitacional passou pela instalação.

O LIGO começou a operar no início dos anos 2000, mas não era sensível o suficiente para detectar ondas gravitacionais. Então, em 2010, a equipe do LIGO fechou temporariamente a instalação para realizar atualizações para aumentar a sensibilidade. A versão atualizada do LIGO começou a coletar dados em 2015 e quase imediatamente detectou ondas gravitacionais produzidas pela fusão de dois buracos negros.