Astrónomos conseguiram alcançar uma proeza monumental: detetaram ondas gravitacionais de baixa frequência utilizando uma antena de pulsares de milissegundos dentro da Via Láctea.
Após quase uma década de esforços, os cientistas ouviram finalmente o zumbido das ondas gravitacionais que ressoam por todo o Universo.
Esta importante descoberta marca a primeira deteção de sempre de ondas gravitacionais de fundo, um eco subtil mas persistente de ondas gravitacionais que se crê terem sido desencadeadas por eventos cósmicos que ocorreram pouco depois do Big Bang, bem como pela fusão de buracos negros supermassivos espalhados pelo cosmos.
Espera-se que os sinais de ondas gravitacionais destes binários gigantescos se sobreponham, como vozes numa multidão ou instrumentos numa orquestra, produzindo um “zumbido” geral de fundo que imprime um padrão único nos dados temporais dos pulsares.
Este padrão é o que os cientistas do NANOGrav procuram há quase 20 anos. No seu conjunto de artigos recentemente publicados, o NANOGrav demonstra a evidência deste fundo de ondas gravitacionais.
Embora a existência deste fundo tenha sido anteriormente teorizada pelos físicos, a natureza dos sinais de ondas gravitacionais que o compõem, vibrando a escalas de tempo de décadas e emanando com fraca intensidade, tornou a sua deteção uma tarefa árdua.
Agora, através de observações de longo prazo, a presença destas ondas gravitacionais foi inequivocamente confirmada, escreve o Space.com.
Embora a causa exata deste zumbido permaneça desconhecida, o sinal detetado constitui uma “prova irrefutável” que se alinha com as previsões teóricas de ondas gravitacionais provenientes de numerosos pares dos “buracos negros mais massivos de todo o Universo”, alguns pesando milhares de milhões de vezes mais do que o nosso Sol.
Colaboração NANOGrav; Aurore Simonet
Esta ilustração mostra estrelas, buracos negros e nebulosas dispostos sobre uma grelha que representa o tecido do espaço-tempo. As ondulações neste tecido são chamadas ondas gravitacionais. A colaboração NANOGrav detetou indícios de ondas gravitacionais criadas por buracos negros com milhares de milhões de vezes a massa do Sol.
A descoberta foi partilhada por Stephen Taylor, astrofísico de ondas gravitacionais da Universidade de Vanderbilt, que coliderou a investigação e é o atual presidente da colaboração.
“Esta é uma evidência fundamental da existência de ondas gravitacionais a frequências muito baixas”, afirma o astrónomo. “Após anos de trabalho, o NANOGrav está a abrir uma janela inteiramente nova sobre o Universo das ondas gravitacionais”.
“A dada altura, os cientistas estavam preocupados com o facto de os buracos negros supermassivos binários se orbitarem uns aos outros para sempre, nunca se aproximando o suficiente para gerar um sinal como este”, diz Luke Kelley, da Universidade da Califórnia, Berkeley, e presidente do grupo de astrofísica do NANOGrav.
“Mas agora temos finalmente fortes evidências de que muitos destes binários extremamente massivos e íntimos existem de facto. Quando os dois buracos negros se aproximam o suficiente para serem vistos pela PTA, nada os pode impedir de se fundirem dentro de apenas alguns milhões de anos“.
Foram publicados quatro diferentes estudos sobre esta questão na revista The Astrophysical Journal Letters:
- Evidence for a Gravitational-Wave Background
- Observations and Timing of 68 Millisecond Pulsars
- Detector Characterization and Noise Budget
- Search for Signals from New Physics
Anteriormente, tinham sido revelados indícios do mesmo sinal numa série de artigos publicados por cientistas da China, Índia, Europa e Austrália.
Estes cientistas defendiam que os sinais podem ter origem na fusão de buracos negros supermassivos envolvidos em danças cósmicas, entrando gradualmente em espiral em direção um ao outro ao longo de milhões de anos. Durante este ballet, emitem energia sob a forma de ondas gravitacionais que reverberam por todo o tecido do Universo.
Olena Shmahalo
Os buracos negros supermassivos binários, nos núcleos das galáxias, produzem ondas electromagnéticas desde o rádio aos raios gama que podem ser detetadas por telescópios na Terra e no espaço. Produzem também ondas gravitacionais que podem ser estudadas através dos seus efeitos numa matriz de pulsares. Estes dois mensageiros, ondas electromagnéticas e gravitacionais, fornecem informações extremamente valiosas que não podem ser obtidas apenas com um dos tipos de observação.
Os investigadores sublinham que o zumbido de fundo observado das ondas gravitacionais tem aumentado de importância ao longo do tempo, fornecendo provas tentadoras de que podem existir centenas de milhares, ou mesmo milhões, de buracos negros supermassivos prontos a fundir-se nas próximas centenas de milhares de anos.
Para detetar o fundo de ondas gravitacionais, os astrónomos concentraram a sua atenção nos pulsares de milissegundos, restos de estrelas mortas que giram rapidamente até 700 vezes por segundo com uma regularidade notável, emitindo feixes de luz a partir dos seus polos magnéticos.
Estes feixes, quando observados da Terra, aparecem como “pulsos”.
Com o tempo, o NANOGrav espera poder detetar as contribuições de buracos negros supermassivos binários relativamente próximos.
“Estamos a usar um detetor de ondas gravitacionais do tamanho da Galáxia que é feito de estrelas exóticas, o que me deixa boquiaberto”, exclama Scott Ransom, do NRAO (National Radio Astronomy Observatory).
“Os nossos dados anteriores diziam-nos que estávamos a ouvir algo, mas não sabíamos o quê. Agora sabemos que se trata de música proveniente do Universo gravitacional”, acrescenta o astrónomo.
“À medida que continuamos a ouvir, é provável que consigamos apanhar as notas dos instrumentos que tocam nesta orquestra cósmica. A combinação destes resultados das ondas gravitacionais com estudos da estrutura e evolução das galáxias irá revolucionar a nossa compreensão da história do Universo”, conclui.
ZAP // CCVAlg
