LIGO deteta ondas gravitacionais pela terceira vez

O LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) detetou, pela terceira vez, ondas gravitacionais, ondulações no espaço e no tempo, demonstrando que foi definitivamente aberta uma nova janela em astronomia. Tal como aconteceu nas duas primeiras deteções, as ondas foram geradas quando dois buracos negros colidiram para formar um buraco negro maior.

O buraco negro resultante tem aproximadamente 49 vezes a massa do Sol, situando-se, em termos de massa, entre os dois buracos negros anteriormente detetados pelo LIGO: 62 massas solares (primeira deteção) e 21 massas solares (segunda deteção).

“Temos mais uma confirmação da existência de buracos negros de massa estelar, com massas superiores a 20 massas solares – são objetos que não sabíamos que existiam antes de serem detetados pelo LIGO,” disse David Shoemaker, do MIT e porta-voz do LSC (LIGO Scientific Collaboration), um grupo com mais de 1000 cientistas internacionais que realizam investigação no LIGO juntamente com a Virgo Collaboration na Europa. “É notável que os seres humanos possam construir e testar uma teoria relativa a eventos estranhos e extremos que aconteceram há milhares de milhões de anos e a milhares de milhões de anos-luz de distância. Todos os envolvidos nas colaborações LIGO e Virgo trabalharam para conseguir este feito.”

A nova deteção ocorreu durante a observação LIGO que atualmente decorre, que teve início a 30 de novembro de 2016 e prosseguirá durante o verão de 2017. O LIGO é uma colaboração internacional com membros em todo o mundo. As observações são realizadas por detetores gémeos – um em Hanford, Washington, e o outro em Livingston, Louisiana – operados pelo Caltech e pelo MIT com financiamento da NSF (National Science Foundation).

O LIGO fez a primeira observação direta de ondas gravitacionais em setembro de 2015, durante a sua primeira operação após os melhoramentos do programa Advanced LIGO. A segunda deteção aconteceu em dezembro de 2015. A terceira deteção, que recebeu o nome GW170104, foi a 4 de janeiro de 2017, e vem descrita num artigo aceite para publicação na revista Physical Review Letters.

Nos três casos, cada um dos detetores gémeos do LIGO registrou ondas gravitacionais provenientes de fusões tremendamente poderosas de pares de buracos negros. Este tipo de colisões produz mais energia que a luz emitida por todas as estrelas e galáxias do Universo a um dado momento. A deteção mais recente parece ser também a mais distante, com os buracos negros localizados a cerca de 3 mil milhões de anos-luz de distância (na primeira deteção, os buracos negros localizavam-se a 1,3 mil milhões de anos-luz, e na segunda a 1,4 mil milhões de anos-luz).

Esta observação também forneceu pistas sobre as direções em que os buracos negros estão a girar. À medida que os buracos negros de um par se movem em espiral em torno um do outro, também giram nos seus próprios eixos. Às vezes, os buracos negros giram na mesma direção do par orbital – fenómeno a que os astrónomos se referem como rotações alinhadas – outras vezes, giram na direção oposta. Além disso, os buracos negros podem também estar inclinados em relação ao plano orbital, ou seja, podem girar em qualquer direção.

Com os novos dados do LIGO não se consegue determinar se os buracos negros estavam inclinados, mas os dados sugerem que pelo menos um deles pode não ter estado alinhado em relação ao movimento orbital. Serão necessárias mais observações com o LIGO para que se possa tirar uma conclusão definitiva sobre as rotações. No entanto, estes dados iniciais oferecem pistas sobre a formação dos binários.

“Esta é a primeira vez que temos sinais de os buracos negros poderem não estar alinhados, o que nos dá alguma indicação de que os buracos negros binários se podem formar em densos enxames estelares,” disse Bangalore Sathyaprakash, da Penn State e da Universidade de Cardiff, um dos investigadores que redigiu o artigo da autoria das colaborações LSC e Virgo.

Existem dois principais modelos que pretendem explicar como se formam os binários de buracos negros. O primeiro modelo propõe que os buracos negros nascem juntos, formando-se quando explode cada uma das estrelas de um par original; devido ao facto de as estrelas do par estarem a girar alinhadas, os buracos negros irão permanecer naturalmente alinhados.

No outro modelo, os buracos negros juntam-se mais tarde ao longo das suas vidas dentro de enxames com muitas estrelas, formando um par depois de se afundarem no centro do enxame. Neste cenário, os buracos negros podem girar em qualquer direção em relação ao seu movimento orbital. O LIGO vê alguns sinais de os buracos negros de GW170104 não estarem alinhados, pelo que os dados favorecem ligeiramente esta última teoria.

“Estamos a começar a reunir estatísticas reais sobre os sistemas binários de buracos negros,” disse Keita Kawabe, do Caltech, que também escreveu o artigo, e que trabalha no Observatório de Hanford do LIGO. “Isto é muito interessante porque, mesmo hoje em dia, há alguns modelos de formação de binários de buracos negros que são favorecidos em relação a outros, e, no futuro, poderemos selecioná-los melhor.”

O estudo também serve para testar novamente as teorias de Albert Einstein. Por exemplo, os investigadores procuraram o efeito de dispersão, que ocorre quando as ondas de luz num meio físico, como o vidro, viajam a diferentes velocidades dependendo do seu comprimento de onda. É deste modo que um prisma cria um arco-íris. A Teoria da Relatividade Geral de Einstein proíbe que a dispersão aconteça em ondas gravitacionais à medida que elas se propagam desde a sua origem até à Terra. O LIGO não encontrou sinais deste efeito.

“Ao que parece, Einstein estava certo – mesmo para o caso deste novo evento, que ocorre aproximadamente duas vezes mais longe que a nossa primeira deteção,” disse Laura Cadonati, da Georgia Tech e porta-voz do LSC. “Não observamos qualquer desvio em relação às previsões da relatividade geral, e o facto da distância ser maior ajuda-nos a fazer esta afirmação com mais confiança.”

“Os instrumentos LIGO atingiram uma sensibilidade impressionante,” observou Jo van den Brand, porta-voz da Virgo Collaboration, físico do Instituto Nacional Holandês de Física Subatómica (Nikhef) e professor da Vrije Universiteit em Amsterdão. “Esperamos que, neste verão, o Virgo, interferómetro europeu, amplie a rede de detetores, ajudando-nos a localizar melhor os sinais.”

A equipa LIGO-Virgo continua a estudar os dados mais recentes do LIGO com o objetivo de detetar sinais de ondas gravitacionais oriundas das zonas mais longínquas do cosmos. Está também a trabalhar nos melhoramentos técnicos previstos para a próxima observação LIGO, programada para começar no final de 2018 com detetores mais sensíveis.

“Com a confirmação da terceira deteção de ondas gravitacionais provocadas pela colisão de dois buracos negros, o LIGO estabelece-se como um poderoso observatório, capaz de revelar o lado escuro do Universo,” disse David Reitze, do Caltech, diretor executivo do Laboratório LIGO. “O LIGO é ideal para observar este tipo de eventos, e esperamos ver em breve outros eventos astrofísicos, como a colisão violenta de duas estrelas de neutrões.”

Fonte da notícia: Caltech