Um grupo de cientistas anunciou ter encontrado evidências de um fundo de ondas gravitacionais, que são perturbações no espaço-tempo causadas por eventos cósmicos extremos.
O estudo, publicado na revista The Astrophysical Journal Letters, usou dados de 15 anos de observação de 67 pulsares, que são estrelas de nêutrons que emitem pulsos de rádio regulares.
O que são ondas gravitacionais?
As ondas gravitacionais foram previstas por Albert Einstein em 1916, como parte da sua teoria da relatividade geral. Elas são geradas por objetos acelerados que distorcem o tecido do espaço-tempo ao seu redor. Por exemplo, quando dois buracos negros se fundem, eles emitem ondas gravitacionais que se propagam pelo universo à velocidade da luz.
As ondas gravitacionais são muito fracas e difíceis de detectar. A primeira detecção direta foi feita em 2015 pelo observatório LIGO, que usou dois interferômetros a laser para medir as minúsculas variações no comprimento dos braços dos instrumentos causadas pela passagem das ondas. Desde então, outras detecções foram feitas pelo LIGO e pelo observatório VIRGO, na Europa.
Como os pulsares podem detectar ondas gravitacionais?
Os pulsares são usados como relógios cósmicos, pois emitem pulsos de rádio com uma frequência muito precisa e estável. Ao medir o tempo exato de chegada dos pulsos na Terra, os astrônomos podem monitorar possíveis alterações causadas por fatores externos, como as ondas gravitacionais.
Um fundo de ondas gravitacionais é uma superposição de ondas provenientes de várias fontes distantes e não resolvidas, como uma população de buracos negros supermassivos binários nas galáxias. Essas ondas têm um período muito longo, da ordem de anos ou décadas, e por isso não podem ser detectadas pelos observatórios terrestres como o LIGO e o VIRGO, que são sensíveis a períodos da ordem de milissegundos.
Para detectar um fundo de ondas gravitacionais, os cientistas usam uma rede de pulsares distribuídos pelo céu, chamada de array de pulsares. A ideia é que as ondas gravitacionais criem um padrão específico de correlações entre os tempos de chegada dos pulsos dos diferentes pulsares, chamado de curva de Hellings-Downs. Esse padrão depende do ângulo entre os pulsares e a direção das ondas.
O que o estudo encontrou?
O estudo é fruto do trabalho do North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav), uma colaboração que reúne mais de 100 cientistas dos Estados Unidos e do Canadá. Eles usaram dados coletados por dois radiotelescópios: o Green Bank Telescope, na Virgínia Ocidental, e o Arecibo Observatory, em Porto Rico.
Os pesquisadores analisaram os dados de 15 anos de observação de 67 pulsares e encontraram evidências de um sinal estocástico que é correlacionado entre eles, seguindo o padrão esperado para um fundo de ondas gravitacionais. Eles compararam vários modelos para explicar o sinal e concluíram que o mais provável é o que inclui um fundo de ondas gravitacionais com um espectro do tipo lei de potência.
O estudo estimou a amplitude do fundo de ondas gravitacionais em (mediana + intervalo credível de 90%) na frequência de referência de 1 ano-1. Essa amplitude é consistente com as expectativas astrofísicas para um sinal proveniente de uma população de buracos negros supermassivos binários, embora outras fontes cosmológicas e astrofísicas não possam ser excluídas.
A observação das correlações de Hellings-Downs aponta para a origem gravitacional do sinal. No entanto, os pesquisadores ressaltam que ainda não é possível afirmar com certeza que se trata de um fundo de ondas gravitacionais, pois há outras fontes de ruído que podem afetar os dados. Eles esperam confirmar a detecção com mais dados e com a colaboração de outros arrays de pulsares, como o European Pulsar Timing Array e o Parkes Pulsar Timing Array.
Por que isso é importante?
A detecção de um fundo de ondas gravitacionais seria um marco na astronomia, pois abriria uma nova janela para estudar o universo em uma faixa de frequências inacessível aos observatórios terrestres. Além disso, seria uma forma de testar a teoria da relatividade geral em regimes extremos e de investigar a natureza e a evolução dos buracos negros supermassivos e das galáxias que os hospedam.
Os pulsares também podem ser usados para detectar ondas gravitacionais individuais de fontes específicas, como buracos negros supermassivos em fusão ou estrelas de nêutrons em órbita. Essas detecções poderiam fornecer informações sobre as propriedades desses objetos e sobre os processos físicos envolvidos na emissão das ondas.
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