Em um artigo publicado na Physical Review Letters, Valerie Domcke do CERN e Camilo Garcia-Cely do DESY relatam uma nova técnica de busca de ondas gravitacionais – as ondulações na estrutura do espaço-tempo que foram detectadas pela primeira vez pelas colaborações do LIGO e de Virgo em 2015 e ganhou Rainer Weiss, Barry Barish e Kip Thorne o Prêmio Nobel de Física em 2017.
A técnica de Domcke e Garcia-Cely é baseada na conversão de ondas gravitacionais de alta frequência (variando de megahertz a gigahertz) em ondas de rádio. Essa conversão ocorre na presença de campos magnéticos e distorce a radiação relíquia do universo primitivo, conhecida como radiação cósmica de fundo, que permeia o universo.
A dupla de pesquisadores mostra que essa distorção, deduzida de dados cósmicos de fundo de microondas obtidos com radiotelescópios, pode ser usada para pesquisar ondas gravitacionais de alta frequência geradas por fontes cósmicas, como fontes da idade das trevas ou mesmo mais atrás em nossa história cósmica. A idade das trevas é o período entre o momento em que os átomos de hidrogênio se formaram e o momento em que as primeiras estrelas iluminaram o cosmos.
“As probabilidades de que essas ondas gravitacionais de alta frequência se convertam em ondas de rádio são mínimas, mas compensamos essas probabilidades usando um detector enorme, o cosmos”, explica Domcke. “A radiação cósmica de fundo fornece um limite superior na amplitude das ondas gravitacionais de alta freqüência que se convertem em ondas de rádio. Essas ondas de alta freqüência estão além do alcance dos interferômetros de laser LIGO, Virgo e KAGRA.”
Domcke e Garcia-Cely derivaram dois desses limites superiores, usando medições de fundo de micro-ondas cósmicas de dois radiotelescópios: o instrumento ARCADE 2 transportado por balão e o telescópio EDGES localizado no Observatório de Radioastronomia Murchison na Austrália Ocidental. Os pesquisadores descobriram que, para os campos magnéticos cósmicos mais fracos possíveis, determinados a partir de dados astronômicos atuais, as medições EDGES resultam em uma amplitude máxima de uma parte em 1012 para uma onda gravitacional com uma frequência de cerca de 78 MHz, enquanto as medições ARCADE 2 produzem uma amplitude máxima de uma parte em 1014 a uma frequência de 3-30 GHz. Para os campos magnéticos cósmicos mais fortes possíveis, esses limites são mais estreitos – uma parte em 1021 (EDGES) e uma parte em 1024 (ARCADE 2) – e são cerca de sete ordens de magnitude mais rigorosas do que os limites atuais derivados de experiências existentes em laboratório.
Domcke e Garcia-Cely dizem que os dados de radiotelescópios de próxima geração, como o Square Kilometer Array, bem como a análise de dados aprimorada, devem estreitar ainda mais esses limites e talvez até possam detectar ondas gravitacionais da idade das trevas e dos primeiros tempos cósmicos.
Publicado em 16/01/2021 13h45
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