Detector de ondas gravitacionais LIGO está finalmente de volta online com atualizações emocionantes para torná-lo muito mais sensível

Após um hiato de três anos, cientistas americanos acabam de ligar detectores capazes de medindo ondas gravitacionais-pequenas ondulações em espaço em si que viajam pelo universo.

Ao contrário das ondas de luz, as ondas gravitacionais são quase desimpedido pelas galáxias, estrelas, gás e poeira que preenchem o universo. Isso significa que, ao medir as ondas gravitacionais, astrofísicos como eu pode espiar diretamente no coração de alguns dos fenômenos mais espetaculares do universo.

Desde 2020, o Observatório de Ondas Gravitacionais Interferométricas a Laser - comumente conhecido como LIGO- ficou inativo enquanto passou por algumas atualizações interessantes. Essas melhorias vão aumentar significativamente a sensibilidade do LIGO e deve permitir que a instalação observe objetos mais distantes que produzem ondulações menores em espaço-tempo.

Ao detectar mais eventos que criam ondas gravitacionais, haverá mais oportunidades para os astrônomos também observarem a luz produzida por esses mesmos eventos. Vendo um evento através de vários canais de informação, uma abordagem chamada astronomia multi-mensageiro, fornece aos astrônomos oportunidades raras e cobiçadas aprender sobre física muito além do domínio de qualquer teste de laboratório.

Ondulações no espaço-tempo

De acordo com o Teoria da relatividade geral de Einstein, massa e energia distorcem a forma do espaço e do tempo. A curvatura do espaço-tempo determina como os objetos se movem uns em relação aos outros – o que as pessoas experimentam como gravidade.

Ondas gravitacionais são criadas quando objetos massivos como buracos negros ou estrelas de nêutrons se fundem uns com os outros, produzindo mudanças repentinas e grandes no espaço. O processo de deformação e flexão do espaço envia ondulações pelo universo como um onda através de uma lagoa parada. Essas ondas viajam em todas as direções a partir de uma perturbação, curvando minuciosamente o espaço enquanto o fazem e mudando levemente a distância entre os objetos em seu caminho.

[Conteúdo incorporado]

Embora os eventos astronômicos que produzem ondas gravitacionais envolvam alguns dos objetos mais massivos do universo, o alongamento e a contração do espaço são infinitamente pequenos. Uma forte onda gravitacional passando pela Via Láctea só pode alterar o diâmetro de toda a galáxia em três pés (um metro).

As observações da primeira onda gravitacional

Embora previsto pela primeira vez por Einstein em 1916, os cientistas daquela época tinham poucas esperanças de medir as pequenas mudanças na distância postuladas pela teoria das ondas gravitacionais.

Por volta do ano 2000, cientistas da Caltech, do Massachusetts Institute of Technology e de outras universidades ao redor do mundo terminaram de construir o que é essencialmente a régua mais precisa já construída—LIGO.

O LIGO é composto por dois observatórios separados, com um localizado em Hanford, Washington, e o outro em Livingston, Louisiana. Cada observatório tem a forma de um L gigante com dois braços de 2.5 milhas de comprimento (quatro quilômetros de comprimento) que se estendem do centro da instalação a 90 graus um do outro.

Para medir as ondas gravitacionais, os pesquisadores projetam um laser do centro da instalação até a base do L. Lá, o laser é dividido de forma que um feixe desça por cada braço, reflita em um espelho e retorne à base. Se uma onda gravitacional passar pelos braços enquanto o laser estiver brilhando, os dois feixes retornarão ao centro em momentos ligeiramente diferentes. Ao medir essa diferença, os físicos podem discernir que uma onda gravitacional passou pela instalação.

LIGO começou a operar no início dos anos 2000, mas não era sensível o suficiente para detectar ondas gravitacionais. Então, em 2010, a equipe do LIGO fechou temporariamente as instalações para realizar atualizações para aumentar a sensibilidade. A versão atualizada do LIGO começou coleta de dados em 2015 e quase imediatamente ondas gravitacionais detectadas produzido a partir da fusão de dois buracos negros.

Desde 2015, o LIGO completou três corridas de observação. A primeira, corrida O1, durou cerca de quatro meses; o segundo, O2, cerca de nove meses; e o terceiro, O3, durou 11 meses antes que a pandemia de COVID-19 obrigasse o fechamento das instalações. Começando com a corrida O2, o LIGO tem observado em conjunto com um Observatório italiano chamado Virgo.

Entre cada execução, os cientistas melhoraram os componentes físicos dos detectores e os métodos de análise de dados. No final da execução O3 em março de 2020, os pesquisadores da colaboração LIGO e Virgo detectaram cerca de 90 ondas gravitacionais da fusão de buracos negros e estrelas de nêutrons.

Os observatórios ainda ainda não atingiram sua sensibilidade máxima de design. Então, em 2020, ambos os observatórios foram fechados para atualizações ainda denovo.

Fazendo algumas atualizações

Os cientistas têm trabalhado muitas melhorias tecnológicas.

Uma atualização particularmente promissora envolveu a adição de 1,000 pés (300 metros) cavidade óptica para melhorar um técnica chamada espremer. A compressão permite que os cientistas reduzam o ruído do detector usando as propriedades quânticas da luz. Com esta atualização, a equipe do LIGO deve ser capaz de detectar ondas gravitacionais muito mais fracas do que antes.

Meus companheiros e eu são cientistas de dados na colaboração LIGO e estamos trabalhando em várias atualizações diferentes para software usado para processar dados LIGO e os algoritmos que reconhecem sinais de ondas gravitacionais nesses dados. Esses algoritmos funcionam procurando padrões que correspondam modelos teóricos de milhões de possíveis eventos de fusão de buracos negros e estrelas de nêutrons. O algoritmo aprimorado deve ser capaz de identificar mais facilmente os sinais fracos de ondas gravitacionais do ruído de fundo nos dados do que as versões anteriores dos algoritmos.

Uma era de alta definição da astronomia

No início de maio de 2023, o LIGO iniciou um curto teste - chamado de engenharia - para garantir que tudo estivesse funcionando. Em 18 de maio, o LIGO detectou ondas gravitacionais provavelmente produzido a partir de uma estrela de nêutrons se fundindo em um buraco negro.

Observação de 20 meses do LIGO, corrida 04 oficialmente começou em 24 de maio, e mais tarde será acompanhado por Virgo e um novo observatório japonês - o Kamioka Gravitational Wave Detector, ou KAGRA.

Embora existam muitos objetivos científicos para esta corrida, há um foco particular na detecção e localização de ondas gravitacionais em tempo real. Se a equipe puder identificar um evento de onda gravitacional, descobrir de onde as ondas vieram e alertar outros astrônomos sobre essas descobertas rapidamente, isso permitiria aos astrônomos apontar outros telescópios que coletam luz visível, ondas de rádio ou outros tipos de dados na fonte. da onda gravitacional. Coletar múltiplos canais de informação em um único evento—astrofísica multi-mensageiro– é como adicionar cor e som a um filme mudo em preto e branco e pode fornecer uma compreensão muito mais profunda dos fenômenos astrofísicos.

Os astrônomos observaram apenas um único evento tanto em ondas gravitacionais quanto em luz visível até o momento - a fusão de duas estrelas de nêutrons vistas em 2017. Mas a partir deste único evento, os físicos foram capazes de estudar o expansão do universo e confirmar a origem de alguns dos eventos mais energéticos do universo conhecido como explosões de raios gama.

Com a execução O4, os astrônomos terão acesso aos observatórios de ondas gravitacionais mais sensíveis da história e, com sorte, coletarão mais dados do que nunca. Meus colegas e eu esperamos que os próximos meses resultem em uma – ou talvez muitas – observações multi-mensageiros que irão expandir os limites da astrofísica moderna.

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

Crédito da imagem: Goddard Space Flight Center da NASA/Scott Noble; dados de simulação, d'Ascoli et al. 2018

• Conteúdo com tecnologia de SEO e distribuição de relações públicas. Seja amplificado hoje.
• PlatoAiStream. Inteligência de Dados Web3. Conhecimento Amplificado. Acesse aqui.
• Cunhando o Futuro com Adryenn Ashley. Acesse aqui.
• Compre e venda ações em empresas PRE-IPO com PREIPO®. Acesse aqui.
• Fonte: https://singularityhub.com/2023/05/28/gravitational-wave-detector-ligo-is-finally-back-online-with-exciting-upgrades-to-make-it-way-more-sensitive/