Pares de buracos negros bilhões de vezes mais massivos do que o Sol podem estar circulando um ao outro, gerando ondulações no próprio espaço.
O Observatório Nanohertz para Ondas Gravitacionais da América do Norte (NANOGrav) passou mais de uma década usando radiotelescópios terrestres para procurar evidências dessas ondulações espaço-tempo criadas por buracos negros gigantescos. Esta semana, o projeto anunciou a detecção de um sinal que pode ser atribuído a ondas gravitacionais, embora os membros ainda não estejam prontos para reivindicar o sucesso.
As ondas gravitacionais foram teorizadas pela primeira vez por Albert Einstein em 1916, mas não foram detectadas diretamente até quase um século depois. Einstein mostrou que, em vez de ser um pano de fundo rígido para o universo, o espaço é um tecido flexível que é deformado e curvado por objetos massivos e inextricavelmente ligado ao tempo. Em 2015, uma colaboração entre o Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) dos Estados Unidos e o interferometer de Virgo na Europa anunciou a primeira detecção direta de ondas gravitacionais: Elas emanavam de dois buracos negros – cada um com uma massa cerca de 30 vezes maior do que o Sol – circulando um ao outro e se fundindo.
Em um novo artigo publicado na edição de janeiro de 2021 do Astrophysical Journal Supplements, o projeto NANOGrav relata a detecção de flutuações inexplicáveis, consistentes com os efeitos das ondas gravitacionais, no tempo de 45 pulsares espalhados pelo céu e medidos ao longo de um período de 12 1/2 anos.
Pulsares são pepitas densas de material que sobram depois que uma estrela explode como uma supernova. Vistos da Terra, os pulsares parecem piscar. Na realidade, a luz vem de dois feixes constantes que emanam de lados opostos do pulsar enquanto ele gira, como um farol. Se as ondas gravitacionais passarem entre um pulsar e a Terra, o alongamento e a compressão sutis do espaço-tempo parecem introduzir um pequeno desvio no tempo regular do pulsar. Mas este efeito é sutil, e mais de uma dúzia de outros fatores são conhecidos por influenciar o tempo do pulsar também. Uma parte importante do trabalho feito pelo NANOGrav é subtrair esses fatores dos dados de tempo para cada pulsar antes de procurar por sinais de ondas gravitacionais.
LIGO e Virgo detectam ondas gravitacionais de pares individuais de buracos negros (ou outros objetos densos chamados estrelas de nêutrons). Em contraste, o NANOGrav está procurando por um “fundo” de onda gravitacional persistente, ou a combinação ruidosa de ondas criadas ao longo de bilhões de anos por incontáveis pares de buracos negros supermassivos orbitando uns aos outros em todo o universo. Esses objetos produzem ondas gravitacionais com comprimentos de onda muito mais longos do que as detectadas pelo LIGO e Virgo – tanto tempo que pode levar anos para uma única onda passar por um detector estacionário. Portanto, embora LIGO e Virgo possam detectar milhares de ondas por segundo, a busca do NANOGrav requer anos de dados.
Por mais tentadora que seja a última descoberta, a equipe do NANOGrav não está pronta para afirmar que encontrou evidências de um fundo de onda gravitacional. Por que a hesitação? Para confirmar a detecção direta de uma assinatura de ondas gravitacionais, os pesquisadores do NANOGrav terão que encontrar um padrão distinto nos sinais entre pulsares individuais. De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, o efeito da onda gravitacional de fundo deve influenciar o tempo dos pulsares de maneira ligeiramente diferente, com base em suas posições em relação ao outro.
Neste ponto, o sinal é muito fraco para que tal padrão seja distinguível. Aumentar o sinal exigirá que o NANOGrav expanda seu conjunto de dados para incluir mais pulsares estudados por períodos de tempo ainda maiores, o que aumentará a sensibilidade do array. O NANOGrav também está juntando seus dados com os de outros experimentos de matriz de tempo de pulsar em um esforço conjunto do International Pulsar Timing Array, uma colaboração de pesquisadores que usam os maiores radiotelescópios do mundo.
“Tentar detectar ondas gravitacionais com uma matriz de tempo de pulsar requer paciência”, disse Scott Ransom do Observatório Nacional de Radioastronomia e atual presidente do NANOGrav. “No momento, estamos analisando mais de uma dúzia de anos de dados, mas uma detecção definitiva provavelmente levará mais alguns. É ótimo que esses novos resultados sejam exatamente o que esperaríamos ver conforme nos aproximamos de uma detecção.”
A equipe do NANOGrav discutiu suas descobertas em uma entrevista coletiva em 11 de janeiro na 237ª reunião da American Astronomical Society, realizada virtualmente de 10 a 15 de janeiro. Michele Vallisneri e Joseph Lazio, ambos astrofísicos do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia e Zaven Arzoumanian, do Goddard Space Flight Center da NASA em Maryland, são co-autores do artigo. Joseph Simon, pesquisador da University of Colorado Boulder e principal autor do artigo, conduziu grande parte da análise do artigo como pesquisador de pós-doutorado no JPL. Vários bolsistas de pós-doutorado da NASA participaram da pesquisa do NANOGrav enquanto estavam no JPL. NANOGrav é uma colaboração de astrofísicos norte-americanos e canadenses. Os dados do novo estudo foram coletados usando a antena do Green Bank na Carolina do Norte e a antena de Arecibo em Porto Rico antes de seu colapso recente.
Publicado em 15/01/2021 17h26
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