Gravitacional

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O LIGO pode detectar ondas gravitacionais que são geradas quando dois buracos negros colidem. Crédito: O Projeto SXS

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Após um hiato de três anos prolongado por problemas pandêmicos, a busca por ondas gravitacionais – ondulações no espaço-tempo que são as marcas de buracos negros em colisão e outros cataclismos cósmicos – foi retomada.

O Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), que possui dois detectores enormes em Hanford, Washington, e Livingston, Louisiana, agora está reiniciando com sensibilidade aprimorada após uma atualização multimilionária. As melhorias devem permitir que a instalação capte sinais de buracos negros em colisão a cada dois ou três dias, em comparação com uma vez por semana ou mais durante sua execução anterior em 2019–20.

Observatório de ondas gravitacionais LIGO definido para dobrar seu poder de detecção

O detector Virgo perto de Pisa, na Itália, que passou por sua própria atualização de € 8,4 milhões (US$ 9 milhões), deveria participar, mas problemas técnicos estão forçando sua equipe a estender seu desligamento e realizar mais manutenções. "Nossa expectativa é que possamos recomeçar no final do verão ou início do outono", disse o porta-voz da Virgo, Gianluca Gemme, físico do Instituto Nacional de Física Nuclear da Itália, em Gênova.

O KAGRA, um detector de ondas gravitacionais localizado sob o Monte Ikenoyama, no Japão, também será reiniciado em 24 de maio. Sua tecnologia, embora mais avançada — foi inaugurada em 2020 — está sendo aprimorada, e sua sensibilidade ainda é inferior à do LIGO em 2015. O pesquisador principal Takaaki Kajita, físico ganhador do Prêmio Nobel da Universidade de Tóquio, diz que O KAGRA se juntará à operação do LIGO por um mês e depois desligará novamente para outro período de comissionamento. Nesse ponto, a equipe irá resfriar os quatro espelhos principais do interferômetro para 20 kelvin, diz Kajita – um recurso que diferencia o KAGRA dos outros detectores que servirão de modelo para observatórios de próxima geração.

As ondas gravitacionais são produzidas por massas grandes e aceleradas, e as ondas esticam e comprimem ciclicamente o tecido do espaço à medida que viajam. Começando com a primeira detecção histórica do LIGO em 2015, a maioria dos cerca de 90 eventos de ondas gravitacionais registrados até agora foram do movimento espiral de pares de buracos negros no processo de fusão em um; um punhado foi produzido de forma semelhante pela fusão de duas estrelas de nêutrons ou uma estrela de nêutrons e um buraco negro.

LIGO, Virgo e KAGRA são todos baseados no mesmo conceito de interferômetro, que envolve dividir um feixe de laser em dois e refletir os feixes resultantes entre dois espelhos em cada extremidade de um longo tubo de vácuo. (No LIGO, os dois 'braços' do interferômetro têm 4 quilômetros de comprimento cada; no Virgo e no KAGRA, eles têm 3 km.) Os dois feixes então voltam e se sobrepõem em um sensor no meio. Na ausência de quaisquer perturbações no espaço-tempo, as oscilações dos feixes anulam-se mutuamente. Mas a passagem das ondas gravitacionais faz com que os braços mudem de comprimento um em relação ao outro, de modo que as ondas não se sobreponham perfeitamente, e o sensor detecta um sinal.

O detector LIGO em Livingston, Louisiana, é um de um par baseado nos Estados Unidos. Crédito: Xinhua/Caltech/MIT/LIGO Lab

Eventos típicos de ondas gravitacionais alteram o comprimento dos braços em apenas uma fração da largura de um próton. Sentir essas mudanças mínimas requer um isolamento meticuloso do ruído proveniente do ambiente e dos próprios lasers.

Em atualizações realizadas antes da temporada de 2019–20, o LIGO e o Virgo resolveram parte desse ruído com uma técnica chamada compressão de luz. Essa abordagem lida com o ruído inerente causado pelo fato de que a luz é feita de partículas individuais: quando os feixes chegam ao sensor, cada fóton individual pode chegar um pouco mais cedo ou mais tarde, o que significa que as ondas do laser não se sobrepõem e se cancelam. perfeitamente, mesmo na ausência de ondas gravitacionais.