Cinco anos depois da primeira descoberta de ondas gravitacionais, uma equipe internacional de cientistas, incluindo do Centro de Excelência para Descoberta de Ondas Gravitacionais (OzGrav) da ARC, está continuando a busca por novas descobertas e percepções do Universo.
Usando os detectores LIGO super-sensíveis de tamanho quilométrico nos Estados Unidos e o detector de Virgo na Europa, a equipe testemunhou as colisões explosivas de buracos negros e estrelas de nêutrons. Estudos recentes, no entanto, têm procurado algo bem diferente: o sinal evasivo de uma estrela de nêutrons solitária e girando rapidamente.
Pegue uma estrela semelhante em tamanho ao Sol, amasse-a em uma bola de cerca de vinte quilômetros de diâmetro – aproximadamente a distância do aeroporto de Melbourne ao centro da cidade – e você obterá uma estrela de nêutrons: o objeto mais denso do Universo conhecido. Agora defina sua estrela de nêutrons girando a centenas de rotações por segundo e ouça com atenção. Se sua estrela de nêutrons não for perfeitamente esférica, ela oscilará um pouco e você ouvirá um leve zumbido. Os cientistas chamam isso de onda gravitacional contínua.
Até agora, essas estrelas de nêutrons zumbindo têm se mostrado elusivas. Como o pesquisador de pós-doutorado do OzGrav Karl Wette, da Australian National University, explica: “Imagine que você está no mato australiano ouvindo a vida selvagem. As ondas gravitacionais do buraco negro e as colisões de estrelas de nêutrons que observamos até agora são como cacatuas grasnando – alto e turbulento, eles são muito fáceis de detectar! Uma onda gravitacional contínua, no entanto, é como o zumbido fraco e constante de uma abelha distante, que é muito mais difícil de detectar. Portanto, temos que usar algumas estratégias diferentes. Às vezes, focamos em uma determinada direção – por exemplo, um arbusto em flor onde as abelhas provavelmente se congregam. Outras vezes, fechamos os olhos e ouvimos atentamente todos os sons que podemos ouvir e tentamos detectar qualquer som de zumbido no fundo. Até agora, não tivemos sorte, mas continuaremos tentando! Assim que ouvirmos uma onda gravitacional contínua, poderemos perscrutar o coração de uma estrela de nêutrons e desvendar seus mistérios, que é uma perspectiva empolgante. ”
Um recente estudo colaborativo com OzGrav examinou mais de perto os restos de estrelas explodidas, chamadas supernovas. Lucy Strang, estudante de doutorado da OzGrav, da Universidade de Melbourne, explica: “Nossa pesquisa tem como alvo quinze remanescentes de supernovas jovens contendo estrelas de nêutrons jovens. Usamos três pipelines diferentes: um otimizado para sensibilidade, um que pode lidar com um sinal de evolução rápida e um otimizado para um provável cenário astrofísico. Este é o primeiro estudo LIGO cobrindo todos os três cenários, maximizando nossa chance de uma detecção de onda contínua. As ondas gravitacionais contínuas estão se mostrando muito difíceis de detectar, mas as mesmas propriedades que as tornam indescritíveis as tornam alvos atraentes. A forma exata do sinal (ou seja, sua frequência, quão rapidamente a frequência muda, quão alto é, etc.) depende da composição das estrelas de nêutrons. Até agora, a estrutura das estrelas de nêutrons é uma questão em aberto que atrai todos tipos de físicos. Mesmo sem uma detecção, uma pesquisa nos permite espiar por trás da cortina a física desconhecida das estrelas de nêutrons. Quando detectamos ondas contínuas, nós ‘ Vou abrir a cortina e iluminar a nova física. Até então, podemos usar as informações de que dispomos para refinar nossa compreensão e melhorar nossos métodos de pesquisa. ”
A pesquisadora associada do OzGrav Lilli Sun, da Australian National University, diz: “As estrelas de nêutrons jovens em remanescentes de supernovas são alvos promissores para procurar por essas minúsculas ondas gravitacionais contínuas, porque não passaram muito tempo para relaxar e suavizar as assimetrias introduzidas em seu nascimento. Em nosso esforço para procurar ondas contínuas dessas jovens estrelas de nêutrons em nossa terceira corrida de observação, levamos em consideração, pela primeira vez, as possibilidades de que a configuração interna e a estrutura da estrela podem resultar em sinais emitidos em dois harmônicos diferentes. Embora nenhum sinal tenha sido detectado no O3, estabelecemos restrições interessantes nas propriedades da estrela de nêutrons. Se tal sinal puder ser detectado em observações futuras, quando os detectores forem mais sensíveis, ele lançará luz sobre a estrutura fascinante de um nêutron Estrela.”
A pesquisadora de pós-doutorado do OzGrav Meg Millhouse, da Universidade de Melbourne, afirma: “As ondas gravitacionais contínuas de estrelas de nêutrons são muito menores do que as ondas gravitacionais que LIGO e Virgem viram até agora. Isso significa que precisamos de diferentes técnicas para detectá-las. E, porque são longas sinais duradouros, precisamos olhar muitos dados que podem ser muito difíceis computacionalmente. Os recentes artigos do LIGO-Virgo publicados mostram uma ampla gama dessas abordagens inteligentes para detectar ondas gravitacionais contínuas. Mesmo que não tenha havido detecções nos dados mais recentes analisados, estamos em uma boa posição para continuar pesquisando e possivelmente fazer uma detecção quando o LIGO coletar mais dados. ”
Os cientistas estimam que existam bilhões de estrelas de nêutrons na Via Láctea com um leve murmúrio de ondas gravitacionais contínuas. Outros estudos, portanto, adotaram uma abordagem de “ouvidos bem abertos”, vasculhando os dados do LIGO e de Virgem em busca de qualquer indício de sinal. Os resultados até agora sugerem que esses murmúrios são extremamente baixos e fora do alcance do “ouvido” dos detectores. No entanto, à medida que a tecnologia do detector se torna mais avançada e sensível, a primeira detecção de ondas gravitacionais contínuas pode em breve se tornar uma realidade.
Publicado em 03/06/2021 03h00
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