Astrofísicos estudam conjunto de pulsares para identificar fundo de ondas gravitacionais

Usando um sinal de dezenas de estrelas mortas que giram rapidamente, os astrofísicos chegaram mais perto de atingir seu objetivo de detectar um ruído de fundo de ondas gravitacionais no universo.

Quando a existência de ondas gravitacionais foi confirmada em 2016, um novo campo de pesquisa astrofísica se abriu. Dois buracos negros colidiram, causando uma ondulação na estrutura do espaço-tempo que foi detectada na Terra quando afetou um dos sensíveis instrumentos do Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser (LIGO). Desde então, os cientistas captaram mais ondas gravitacionais produzidas por colisões massivas, mas também têm procurado maneiras de ver o fundo das ondas gravitacionais.

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No mês passado, o Observatório Nanohertz para Ondas Gravitacionais da América do Norte seu último conjunto de dados no The Astrophysical Journal Letters. Os 12 anos e meio de informações foram compilados a partir de observações feitas pelo Green Bank Telescope, em West Virgínia, e pelo recentemente destruído Observatório de Arecibo, em Porto Rico. O artigo descreve o que pode ser um padrão revelador na luz de 45 pulsares. É um passo para identificar o fundo de onda gravitacional.

“O que estamos tentando descobrir especificamente é um sinal de baixa frequência, e é um sinal comum entre todos os pulsares do conjunto”, disse Joseph Simon, astrofísico da Universidade do Colorado, em Boulder, e principal autor do artigo recente, em uma coletiva de imprensa na quarta-feira (13). Simon disse que o sinal “é o que esperamos que sejam os primeiros indícios de fundo de ondas gravitacionais”. Pulsares são resquícios densos e giratórios de algumas estrelas mortas. Os pulsares de milissegundos giram extremamente rápido – centenas de vezes por segundo – e alguns poucos o fazem de maneira consistente o suficiente para permitir aos pesquisadores catalogar as mudanças mínimas na posição relativa de nosso planeta em relação a esses pulsares.

Usando os pulsos de ondas de rádio dos pulsares da Via Láctea em um conjunto, a equipe efetivamente provocou uma rede de detectores do tamanho de uma galáxia para ondas gravitacionais de baixa frequência, geradas pelas órbitas de buracos negros supermassivos ao invés de suas colisões. O fundo gravitacional que a equipe busca pareceria mais um murmúrio constante e confuso no espaço-tempo do que um ponto isolado como o detectado pelo LIGO em 2016.

O conjunto é composto por pulsares espalhados pela Via Láctea. Foto: MARIANA SUAREZ/AFP via Getty Images (Getty Images)

As ondas gravitacionais foram previstas pela relatividade geral. Décadas de análises astrofísicas concluíram que tais ondas causariam mudanças no tempo em que a luz dos pulsares chega à Terra. Um fundo de onda gravitacional afetaria a luz que vemos dos pulsares com base na localização e posição relativa de cada um, e um certo padrão correlacionado nas mudanças dessa luz indicaria um fundo de onda gravitacional. A equipe não encontrou oficialmente o padrão, mas eles acreditam que identificaram o início dele.

Mesmo que os astrofísicos tenham examinado mais de 12 anos de dados de seu conjunto de pulsares, eles ainda precisam de mais tempo e mais pulsares para ter certeza do padrão. As ondas que a equipe documenta têm comprimentos de onda muito maiores do que as ondas gravitacionais detectadas pelo LIGO em 2016, então o progresso da pesquisa tem sido gradual. Um desafio é que os pulsos são cronometrados usando relógios atômicos, que podem perder sua precisão. Mas os erros do relógio atômico foram descartados nos dados recentes, de acordo com Scott Ransom, astrônomo do Observatório Nacional de Radioastronomia e coautor do artigo recente. Ransom compara as ondas gravitacionais às ondas no oceano do espaço-tempo, vindas de diferentes fontes próximas e distantes. As ondas gravitacionais interferem umas nas outras e chegam à Terra que balança nesse oceano, esticando e comprimindo o planeta levemente. “O que podemos inferir disso é se você pode ver o oceano calmo ou agitado”, disse Ransom em um telefonema. “Podemos obter muitas informações sobre a história completa do universo e como as galáxias se fundem e interagem apenas vendo este sinal de fundo.”

Simon e Ransom lamentaram a perda da antena parabólica do Observatório de Arecibo, que desabou em dezembro após duas falhas em cabos. A equipe de pesquisa estava extraindo informações do observatório até o primeiro cabo ser rompido, e o artigo recente incluiu apenas dados até 2017. O conjunto de dados atual será uma forma de honrar Arecibo, pois contribuirá para a busca de um fundo de onda gravitacional nos próximos anos.