Pela primeira vez, os astrônomos podem ter ouvido o ‘zumbido’ de fundo do universo

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Com base no que sabemos sobre ondas gravitacionais, o Universo deveria estar cheio delas. Cada par de buracos negros ou estrelas de nêutrons em colisão , cada supernova em colapso do núcleo – até mesmo o próprio Big Bang – deveria ter enviado ondas no espaço-tempo.

Depois de todo esse tempo, essas ondas seriam fracas e difíceis de encontrar, mas todas elas devem formar um ‘zumbido’ ressonante que permeia nosso Universo, conhecido como fundo de onda gravitacional . E podemos ter apenas captado a primeira dica disso.

Você pode pensar no fundo da onda gravitacional como algo como o zumbido deixado para trás por eventos massivos ao longo da história do nosso Universo – potencialmente inestimável para a nossa compreensão do cosmos, mas incrivelmente difícil de detectar. 

“É incrivelmente empolgante ver um sinal tão forte emergir dos dados”, disse o astrofísico Joseph Simon, da University of Colorado Boulder e da colaboração da NANOGrav.

“No entanto, como o sinal de onda gravitacional que buscamos abrange toda a duração de nossas observações, precisamos entender cuidadosamente o nosso ruído. Isso nos deixa em um lugar muito interessante, onde podemos excluir fortemente algumas fontes de ruído conhecidas, mas ainda não podemos dizer se o sinal é de fato de ondas gravitacionais. Para isso, precisaremos de mais dados. “

No entanto, a comunidade científica está animada. Mais de 80 artigos citando a pesquisa apareceram desde que a pré-impressão da equipe foi postada no arXiv em setembro do ano passado.

As equipes internacionais têm trabalhado muito, analisando dados para tentar refutar ou confirmar os resultados da equipe. Se for descoberto que o sinal é real, ele pode abrir um novo estágio da astronomia das ondas gravitacionais – ou revelar-nos fenômenos astrofísicos inteiramente novos.

O sinal vem de observações de um tipo de estrela morta chamada pulsar. Essas são estrelas de nêutrons orientadas de tal forma que emitem feixes de ondas de rádio de seus pólos enquanto giram a velocidades de milissegundos comparáveis ​​a um liquidificador de cozinha.

Esses flashes são cronometrados de forma incrivelmente precisa, o que significa que os pulsares são possivelmente as estrelas mais úteis do Universo . Variações em seu tempo podem ser utilizadas para navegação, para sondar o meio interestelar e estudar a gravidade. E, desde a descoberta das ondas gravitacionais, os astrônomos também as têm usado para procurá-las.

Isso ocorre porque as ondas gravitacionais distorcem o espaço-tempo à medida que se propagam, o que teoricamente deveria mudar – apenas um pouco – o tempo dos pulsos de rádio emitidos pelos pulsares.

“O fundo [da onda gravitacional] estende e encolhe o espaço-tempo entre os pulsares e a terra, fazendo com que os sinais dos pulsares cheguem um pouco mais tarde (esticar) ou antes (encolher) do que aconteceria se não houvesse ondas gravitacionais”, astrofísico Ryan Shannon, da Swinburne University of Technology e da colaboração OzGrav, que não esteve envolvido na pesquisa, explicou ao ScienceAlert.

Um único pulsar com batimento irregular não significa necessariamente muito. Mas se todo um grupo de pulsares exibisse um padrão correlacionado de variação de tempo, isso poderia constituir evidência do fundo da onda gravitacional.

Essa coleção de pulsares é conhecida como matriz de tempo de pulsar, e é isso que a equipe do NANOGrav tem observado – 45 dos pulsares de milissegundos mais estáveis ​​da Via Láctea.

Eles ainda não detectaram o sinal que confirmaria o fundo da onda gravitacional.

Mas eles detectaram algo – um sinal de “ruído comum” que, explicou Shannon, varia de pulsar para pulsar, mas exibe características semelhantes a cada vez. Esses desvios resultaram em variações de algumas centenas de nanossegundos ao longo do curso de 13 anos de observação, Simon observou.

Existem outras coisas que podem produzir este sinal. Por exemplo, uma matriz de tempo de pulsar precisa ser analisada a partir de um quadro de referência que não está acelerando, o que significa que todos os dados precisam ser transpostos para o centro do Sistema Solar, conhecido como baricentro, em vez da Terra.

Se o baricentro não for calculado com precisão – uma coisa mais complicada do que parece, já que é o centro de massa de todos os objetos em movimento no Sistema Solar – então você pode obter um sinal falso. No ano passado, a equipe do NANOGrav anunciou que havia calculado o baricentro do Sistema Solar em até 100 metros (328 pés).

Ainda há uma chance de que essa discrepância possa ser a fonte do sinal que eles encontraram, e mais trabalho precisa ser feito para resolver isso.

Porque se o sinal realmente vier de alguma onda gravitacional ressonante zumbindo, seria um grande negócio, já que a fonte dessas ondas gravitacionais de fundo são provavelmente buracos negros supermassivos (SMBHs).

Uma vez que as ondas gravitacionais nos mostram os fenômenos que não podemos detectar eletromagneticamente – como colisões de buracos negros – isso poderia ajudar a resolver enigmas como o problema parsec final , que coloca que buracos negros supermassivos podem não ser capazes de se fundir e nos ajudar a entender melhor evolução e crescimento galáctico.

Mais adiante na estrada, podemos até ser capazes de detectar as ondas gravitacionais produzidas logo após o Big Bang , dando-nos uma janela única para o Universo primitivo.

Há, para ser claro, muita ciência a ser feita antes de chegarmos a esse ponto.

“Este é um possível primeiro passo para a detecção de ondas gravitacionais de freqüência nanohertz”, disse Shannon. “Gostaria de alertar o público e os cientistas para não interpretar demais os resultados. Durante os próximos um ou dois anos, acho que surgirão evidências quanto à natureza do sinal.”

Outras equipes também estão trabalhando no uso de matrizes de tempo de pulsar para detectar ondas gravitacionais. O OzGrav faz parte do Parkes Pulsar Timing Array , que em breve lançará análises de seus conjuntos de dados de 14 anos. O European Pulsar Timing Array também está trabalhando duro. O resultado do NANOGrav apenas aumentará o entusiasmo e a expectativa de que haja algo para encontrar.

“Tem sido incrivelmente empolgante ver um sinal tão forte emergir de nossos dados, mas o mais empolgante para mim são os próximos passos”, disse Simon ao ScienceAlert.

“Embora ainda tenhamos que avançar para chegar a uma detecção definitiva, essa é apenas a primeira etapa. Além disso, temos a oportunidade de localizar a origem do GWB e, além disso, descobriremos o que eles podem nos dizer sobre o universo.”

A pesquisa da equipe foi publicada no The Astrophysical Journal Letters .

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