As ondas gravitacionais são registradas pela terceira vez: o que podemos aprender sobre o universo?

Hoje, a colaboração internacional LIGO-Virgo anunciou o registro de ondas gravitacionais pela terceira vez na história. A fonte, como nos dois tempos anteriores , era um par de buracos negros. Um artigo sobre Physical Review Letters é publicado sobre os resultados do estudo.

Sobre o sinal GW170104

Desde a primeira detecção e o primeiro ciclo científico, a sensibilidade dos detectores aumentou e o ruído técnico diminuiu, o que permitiu obter dados de maior qualidade.

Durante o segundo ciclo de trabalho dos observatórios Advanced LIGO, foi detectado um sinal causado por ondas gravitacionais com alta confiabilidade - esse sinal pode aparecer erroneamente a cada 70.000 anos de observações constantes (razão sinal-ruído 13 e confiança maior que 5σ).



Buracos negros com massas de ~ 20 e 30 solares se fundiram em um grande, enquanto emitiam ondas gravitacionais com uma energia total de cerca de duas massas solares. O processo de fusão levou menos de um segundo e, no momento da fusão, os buracos negros aceleraram para 60% da velocidade da luz!

O sinal chegou até nós por vários bilhões de anos (uma fonte a uma distância de cerca de 1000MPc) e foi registrado por dois detectores LIGO nos EUA em 4 de janeiro de 2017

Que conhecimento obtemos sobre o universo?

Em um artigo anterior , falei sobre como sabemos que o sinal é realmente de onda gravitacional e sobre os planos para o desenvolvimento da astronomia de ondas gravitacionais. Desta vez, falaremos sobre por que precisamos desses detectores e que podemos aprender coisas novas sobre o Universo.

Velocidade de gravidade

UPD: corrigiu a estimativa de velocidade e adicionou um método de cálculo.

A pergunta mais comum sobre as ondas gravitacionais é a velocidade de sua propagação. Na Teoria Geral da Relatividade (GR), essa velocidade é igual à velocidade da luz. O experimento LIGO confirma isso com grande precisão: uma onda gravitacional chega a dois detectores LIGO localizados em diferentes partes dos Estados Unidos a uma distância de vários milhares de quilômetros, com algum atraso, e conhecendo a distância entre os detectores e esse atraso, podemos estimar a velocidade de propagação. E até a décima primeira casa decimal, essa velocidade é igual à velocidade da luz.

Testes GTR

Em um sentido mais geral, podemos verificar como nossos modelos de buracos negros se encaixam em dados experimentais. Até agora, tudo é o mesmo:


Embora apenas alguns parâmetros sejam suficientes para descrever um par de buracos negros, uma solução analítica das equações de Einstein para sua fusão é praticamente impossível. Portanto, os cientistas usam cálculos numéricos para obter modelos reais. E onde existem cálculos numéricos, existem todos os tipos de aproximações, de modo que a coincidência do modelo obtido com o experimento é tão importante - isso nos permite dizer quão verdadeiras são nossas idéias sobre GR.

Obviamente, é possível verificar todos os tipos de modificações da relatividade geral. Alguns deles já podem ser excluídos - por exemplo, eles exigem a dispersão de GW ou o excesso da velocidade da luz. Outros aguardam um aumento na sensibilidade dos detectores para verificação.
E os terceiros, como a memória do espaço sobre as ondas , podem ser verificados agora.
Em geral, um momento emocionante para os astrofísicos!

O surgimento de estrelas

A partir dos parâmetros dos buracos negros, você pode obter muitas informações sobre o espaço e a formação do universo. Em primeiro lugar, a observação de ondas gravitacionais é a primeira evidência da existência de buracos negros emparelhados. Em segundo lugar, as massas desses buracos negros são inesperadamente grandes - ninguém esperava que buracos negros emparelhados com essa massa fossem tão comuns.

Conclusões interessantes podem ser tiradas sobre a idade dos sistemas de BH. Quanto mais cedo uma estrela se formava desde o início do Universo, menor a substância das estrelas anteriores - menor o conteúdo de metais. Por outro lado, a massa da BH depende da quantidade de metais nela contida, portanto, pelas massas medidas da BH, pode-se dizer o quão jovens eram as estrelas das quais elas se formaram. Conclui-se a curiosa conclusão de que as BHs emparelhadas podem se formar tanto em aglomerados estelares (se o ambiente for jovem o suficiente) quanto em isolamento, o que era anteriormente desconhecido. Observando os parâmetros de BH, podemos dizer como esses orifícios foram formados - isolados ou não.

Uma observação mais aprofundada dos parâmetros da BH, como o momento orbital, pode dar ainda mais entendimento nos processos cosmológicos.

No ano passado, o LIGO registrou três eventos significativos e, com um aumento na sensibilidade do detector no próximo ciclo científico, o número desses eventos aumentará, fornecendo-nos cada vez mais conhecimento sobre o Universo.

Materiais e links adicionais

1. O que são ondas gravitacionais?


2. Existem muitos materiais interessantes no site oficial do LIGO : existem todos os tipos de vídeos e artigos.
3. Participe da popular pesquisa de ondas gravitacionais através da computação distribuída no Einstein @ Home .
4. E a colaboração tem todos os tipos de mídia, onde materiais interessantes são publicados constantemente: Twitter , Facebook e Youtube .