Todos se regozijaram com
a mais nova das descobertas no campo das ondas gravitacionais. O Observatório LIGO, ao qual seu parceiro europeu VIRGO entrou recentemente, já havia observado ondas gravitacionais de buracos negros em fusão. O que é muito legal, mas também parece bastante solitário - os buracos negros são negros, então só podemos observar ondas gravitacionais neles, e pouco mais. Como nossos observatórios atuais para detectar ondas gravitacionais não são muito bons para determinar a localização de uma fonte no céu, não conseguimos nem dizer em qual galáxia, por exemplo, ocorreu um evento registrado.
Mas tudo mudou após o início da era da astronomia, capaz de detectar imediatamente a radiação gravitacional e eletromagnética de uma fonte. O evento detectado foi a fusão de duas estrelas de nêutrons, não buracos negros, e todo esse assunto, convergindo em uma colisão gigante, inundou o céu com o brilho de muitos comprimentos de onda simultaneamente.
Basta olhar para todos esses observatórios diferentes, todos esses comprimentos de onda da radiação eletromagnética! Rádio, infravermelho, óptico, ultravioleta, raio-x, gama gama - este é o espectro completo do ponto de vista astronômico.
Muitas realizações científicas avançadas surgirão a partir deste evento - veja, por exemplo,
este trabalho . Algumas pessoas estão muito empolgadas com o fato de esse evento ter gerado uma enorme quantidade de ouro, várias vezes maior que a Terra em massa. Mas como este é o meu blog, abordarei um aspecto deste evento que é relevante para mim: o uso de "sirenes padrão" para medir a expansão do universo.
Já somos muito bons em medir a expansão do universo usando
a escala de distância na astronomia . Nele, as distâncias são medidas gradualmente, passo a passo, primeiro pela determinação das distâncias das estrelas mais próximas, depois pela transição para aglomerados mais distantes, e assim por diante. Funciona bem, mas, é claro, é propenso a acumular erros no processo. Um novo tipo de observação de ondas gravitacionais nos dá outra coisa, permitindo que você pule essa escala inteira de distâncias e obtenha uma
medição independente da distância dos objetos cosmológicos.
A observação simultânea de ondas gravitacionais e eletromagnéticas é uma parte crítica da idéia. Você está tentando comparar duas coisas: a distância do objeto e a velocidade aparente com a qual ele se afasta de você. Geralmente tudo é simples com a velocidade: você mede o desvio para a luz vermelha, o que é fácil de fazer com o espectro eletromagnético do objeto. Mas, tendo apenas ondas gravitacionais, isso não pode ser feito - não há estrutura suficiente no espectro para medir o desvio para o vermelho. Portanto, a explosão de estrelas de nêutrons foi tão importante para nós; no caso do GW170817, pela primeira vez conseguimos determinar o desvio para o vermelho exato de uma fonte distante de ondas gravitacionais.
Medir distâncias é um momento difícil, e aqui as ondas gravitacionais nos oferecem uma nova técnica. A estratégia geralmente aceita é definir "velas padrão", isto é, objetos sobre cujo brilho intrínseco você pode tirar conclusões razoáveis. Comparando-o com o brilho observado, você pode calcular a distância. Por exemplo, os astrônomos usaram supernovas do tipo Ia para descobrir a expansão acelerada do universo.
As ondas gravitacionais não fornecem velas padrão - cada um dos objetos terá seu próprio "brilho" gravitacional interno (a quantidade de energia irradiada). Mas estudando como a fonte de luz está evoluindo - a modulação característica de frequência linear das ondas gravitacionais de dois objetos que se movem juntos em espiral - você pode calcular o brilho geral. Aqui está o LFM para o GW170817, comparado com outras fontes que descobrimos - muito mais dados, quase um minuto inteiro!
E agora temos distância e desvio para o vermelho sem escala de distância! Isso é importante por muitas razões. Uma maneira independente de medir distâncias cósmicas, por exemplo, nos permitirá medir as propriedades da matéria escura. Você também pode ouvir sobre as diferenças entre as diferentes maneiras de medir a constante de Hubble, o que significa que alguém comete um pequeno erro ou estamos de alguma forma muito errados em nossas visões sobre o Universo. Obter uma maneira independente de verificar seus cálculos nos ajudará a descobrir isso. Somente a partir de um único evento já podemos concluir que a constante Hubble é de 70 km / s / Mpc, embora com um erro bastante grande (+12, -8 km / s / Mpc). Mas a precisão aumentará à medida que dados adicionais forem coletados.
E aqui está o meu pequeno papel nesta história. A idéia de usar fontes de ondas gravitacionais como sirenes padrão foi apresentada por Bernard Schutz em 1986. Mas desde então ele foi seriamente redesenhado, principalmente pelos meus amigos Daniel Holtz e Scott Hughes. Daniel me contou sobre essa idéia há muitos anos e ele e Scott escreveram um dos primeiros trabalhos sobre o assunto. Eu disse imediatamente: “Você simplesmente tem que chamar essas coisas de“ sirenes padrão ”. Assim nasceu uma designação útil.
Infelizmente, meu colega da Caltech, Sterl Finney, me ofereceu o mesmo nome ao mesmo tempo, conforme indicado nas seções de agradecimento. Mas isso não é nada; quando a contribuição é tão pequena, não é uma pena dividi-la.
Mas os méritos dos físicos e astrônomos que foram capazes de fazer essa observação, e muitos outros que contribuíram para o entendimento teórico da questão, são realmente significativos. Parabéns a todos os trabalhadores que descobriram uma nova maneira de estudar o universo.
Sean Michael Carroll é um cosmologista americano especializado em energia escura e relatividade geral.