A possibilidade dos objetos compactos exóticos existirem já vem sendo estudada há muito tempo. O termo abrange não apenas um único tipo de “entidadeâ€? mas uma série de coisas que ainda permanecem no campo da teoria, como gravastares — similares a buracos negros, mas que seriam preenchidos com energia escura.

• Detectores de onda gravitacional podem ter observado colisão entre estrela de nêutrons e buraco negro
• Conquista quântica permite que os físicos ‘vejamâ€?ondas gravitacionais do universo mais profundo

Uma característica única dos objetos compactos exóticos é que, ao contrário dos buracos negros, eles não teriam a região conhecida como horizonte de eventos. No caso dos buracos negros, o horizonte de eventos é como se fosse o “limite� Assim, segundo a teoria da relatividade de Einstein, quando algo passa por ele, não há mais volta.

O problema é que, apesar da teoria de Einstein ser crucial para explicar coisas como a gravidade e objetos cósmicos massivos, ela não é capaz de fornecer respostas sobre o comportamento de partículas subatômicas. E é exatamente por isso que existe a mecânica quântica. A expectativa é que um dia seja criada uma teoria de gravidade quântica, capaz de reunir a relatividade e a mecânica quântica. Os objetos compactos exóticos poderiam trazer as primeiras informações necessárias para que isso aconteça.

Conforme explica Longo à Live Science, quando dois buracos negros se chocam e se fundem, eles causam uma perturbação no espaço-tempo e enviam ondas gravitacionais que são detectadas pelo LIGO aqui na Terra. No entanto, após se fundirem, o horizonte de eventos impede que outras ondas escapem. Isso não aconteceria com os objetos compactos exóticos, já que eles não possuem um horizonte de eventos. Assim, o que aconteceria é que as ondas seriam enviadas de volta ao atingirem o centro de um desses objetos, criando uma espécie de eco gravitacional.

Por enquanto, esses ecos não seriam fortes o suficientes para serem detectados pelo LIGO. No entanto, a boa notícia é que ele está ganhando um upgrade para melhorar a sua sensibilidade e passou a trabalhar em conjunto com o Detector de Ondas Gravitacionais Kamioka (KAGRA), no Japão.

De acordo com os cálculos de Longo, o LIGO pode ser capaz de detectar sinais de objetos compactos exóticos já na próxima rodada de observações, que deve começar em meados de 2022. Os resultados do estudo do pesquisador da UFABC foram apresentados em um evento da American Physical Society.

Caso os detectores realmente captem algo do tipo, isso seria o primeiro passo para provar a existência desses objetos e uma dica inicial de que a teoria geral da relatividade não é absoluta.

[Space.com]

The post Físico brasileiro calcula que logo poderemos detectar objetos similares a buracos negros appeared first on Giz Brasil.

Uma nova pesquisa publicada no The Astrophysical Journal Letters descreve uma colisão entre um buraco negro e um objeto ainda a ser identificado. No momento deste encontro celestial, o buraco negro tinha uma massa 23 vezes maior que a do nosso Sol, mas o objeto desconhecido tinha apenas 2,6 vezes a massa do Sol, o que, como veremos adiante, é estranho.

Os cientistas por trás do novo artigo, que tem a astrofísica Vicky Kalogera, da Northwestern University, como um das co-autoras, dizem que o objeto menor pode ser um buraco negro ou uma estrela de nêutrons — uma estrela de nêutrons é o remanescente super denso de uma estrela explodida.

Um buraco negro de 2,6 massas solares seria o menor já registrado — o buraco negro mais leve conhecido tem 5 massas solares. Por outro lado, uma estrela de nêutrons com essa massa seria a maior já registrada — as estrelas de nêutrons mais pesadas têm entre 2,3 e 2,4 massas solares.

Seja um ou seja outro, não é nada que os astrônomos já tenham visto antes — e, de fato, poderia representar uma classe inteiramente nova de objetos compactos e densos.

“Essa descoberta é chocante porque encontramos um objeto com uma massa que não era esperada”, explica Imre Bartos, astrofísico da Universidade da Flórida e co-autor do novo estudo, em um e-mail para o Gizmodo. Segundo ele, acreditava-se que esta faixa de objetos compactos entre 2,2 e 5 massas solares era desabitada. Esse intervalo enigmático, aliás, é conhecido como intervalo de massa.

“Na minha opinião, a parte mais intrigante deste estudo é a detecção de um objeto no ‘intevalo de massa’, que é uma espécie de terra de ninguém entre a estrela de nêutrons mais pesadas e os buracos negros mais leves que medimos”, explica Thankful Cromartie, astrofísica da Universidade da Virgínia e do Observatório Nacional de Radioastronomia que não estava envolvida com o novo estudo.

“Infelizmente, é impossível dizer o que é, em parte porque a ‘deformação de marés’ ou o alongamento de estrelas de nêutrons, que geralmente é detectável nas fusões de estrelas de nêutrons, está abafado pela assimetria dessa fusão.”

• O que são buracos negros e o que acontece se algo for sugado por ele
• Estes três buracos negros supermassivos poderão algum dia juntar suas forças
• Experimento procura matéria escura, acha outra coisa, e cientistas tentam descobrir o que é

Dito isto, as evidências observacionais disponíveis e as previsões teóricas de massas estelares de nêutrons aceitáveis ​â€?#8221;indicam que esse objeto provavelmente é um buraco negro muito leve”, disse ela. Se isso for uma estrela de nêutrons genuína, “teremos que reconsiderar radicalmente o modo como a matéria se comporta em densidades extremamente altas”.

Os astrônomos já haviam testemunhado interações entre dois buracos negros, e até mesmo estrelas de nêutrons colidindo com outras estrelas de nêutrons, mas não um buraco negro colidindo com uma estrela de nêutrons. Se confirmada, essa fusão cósmica, denominada evento GW190814, seria a primeira. O Gizmodo escreveu sobre pesquisas preliminares sobre esse evento no ano passado.

O GW190814 foi descoberto em 14 de agosto de 2019 pelo pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO) da Fundação Nacional da Ciência dos EUA e pelo detector Virgo.

Essa fusão, localizada a 8 milhões de anos-luz da Terra, foi tão importante que criou ondulações no tecido do espaço-tempo. Elas irradiaram na forma de ondas gravitacionais que finalmente alcançaram detectores na Terra (obrigado, Einstein!).

A discrepância na massa dos dois objetos, na proporção de 9:1, representa um novo extremo para um evento de onda gravitacional. O recorde anterior de disparidade de massa pertencia ao GW190412 — uma colisão envolvendo dois buracos negros — que apresentava uma proporção de massa de 4: 1.

Fusões cósmicas anteriores envolvendo estrelas de nêutrons, como o GW170817, de agosto de 2017, produziram ondas de luz detectáveis ​​além de ondas gravitacionais, mas nenhuma luz foi detectada nessa fusão, apesar do fato de vários observatórios ao redor do mundo se voltara para o local após cientistas do LIGO e do Virgo terem enviado um alerta.

É possível, dizem os autores, que a luz do GW170817 estivesse muito fraca, dadas as vastas distâncias envolvidas. Ou então o objeto desconhecido era um buraco negro, embora um buraco negro surpreendentemente abaixo do peso. Os pesquisadores sugerem outra possibilidade: era uma estrela de nêutrons que foi devorada pelo buraco negro em um grande gole, em uma fusão rápida que não produziu luz.

Uma imagem de uma visualização dos objetos mesclados, representados como dois buracos negros emitindo ondas gravitacionais. Imagem: N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Instituto Max Planck de Física Gravitacional), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

Isso tudo é intrigante. Como Charlie Hoy, membro da LIGO Scientific Collaboration e estudante de pós-graduação da Universidade de Cardiff, diz em um comunicado: “Este é o primeiro vislumbre do que poderia ser uma população totalmente nova de objetos binários compactos.”

Cromartie disse que é improvável que o objeto mais leve seja uma estrela de nêutrons, “apesar de que este resultado seria emocionante”. Atualmente, não somos capazes de descobrir com certeza o que é o objeto, “mas é importante não gastar muita energia considerando essa possibilidade”, já que equipe do LIGO declarou explicitamente que isso não é provável, diz a astrofísica.

A origem do objeto mais leve, de suas 2,6 massas solares, permanece sendo outro mistério. Tanto as estrelas de nêutrons quanto os buracos negros nascem quando estrelas massivas colapsam sob sua própria gravidade, disse Bartos, mas o novo objeto é “inconsistente com essa evolução, então algo deve ter criado outra coisa senão uma estrela que está morrendo”.

Uma possibilidade interessante, diz Bartos, é que esse objeto tenha emergido da colisão de duas estrelas de nêutrons de “tamanho normal”, que tendem a pesar cerca de 1,3 massa solar. Assim, as duas poderiam se somar e formar a massa observada. Bartos acrescenta:

O fato de tal colisão ter sido seguida pela colisão do objeto remanescente com um buraco negro sugere que existe algum tipo de “linha de montagem” em ação aqui. Isso é realmente esperado no universo, em lugares onde existem muitos buracos negros e estrelas de nêutrons nas proximidades. Este é o caso no centro de todas as galáxias em que esses objetos migram devido à atração do buraco negro supermassivo central, que é encontrado em basicamente todas as galáxias. Também pode ajudar se algo facilitar as colisões, como um grande influxo de gás que se forma um disco ao redor do buraco negro supermassivo, e depois coleta e monta os pequenos buracos negros e estrelas de nêutrons. Na verdade, [esta é] outra grande surpresa sobre esse evento, as massas muito diferentes dos dois objetos em colisão, [isso] também aponta para um encontro violento.

O próximo passo será confirmar e estudar mais fusões cósmicas. A boa notícia é que são esperadas mais detecções nos próximos meses e anos, à medida que nossos instrumentos astronômicos melhoram pouco a pouco.

“A taxa de descobertas está acelerando — essa foi apenas a terceira colisão publicada pelo LIGO e pelo Virgo dentre os mais de 50 candidatos que ainda estamos analisando”, diz Bartos. Nos próximos anos, a taxa de descobertas aumentará ainda mais em uma velocidade considerável, disse ele, “para que possamos esperar detecções mais empolgantes” em uma base praticamente diária. Uau.

The post Um buraco negro colidiu com um objeto que não deveria existir appeared first on Giz Brasil.

Eventos extraterrestres extremos, como dois buracos negros colidindo ou supernovas, podem produzir ondulações no espaço-tempo chamadas ondas gravitacionais. Aqui na Terra, um conjunto de observatórios tenta medir essas ondulações usando lasers – mas os efeitos das ondas podem ser tão sutis que mesmo a aleatoriedade construída no próprio espaço vazio atrapalha a sensibilidade do experimento. Mas esse novo método, resultado de décadas de pesquisa, permitiu que os pesquisadores suprimissem esse ruído e estendessem o alcance dos detectores de ondas gravitacionais.

• Ondas gravitacionais podem ajudar a encontrar tipos de buracos negros nunca antes observados
• Detectores de ondas gravitacionais identificaram duas potenciais colisões de buracos negros em uma semana

“O método nos permite aumentar a distância no universo em que podemos detectar ondas gravitacionais”, disse uma das autoras do estudo, Lisa Barsotti, principal pesquisadora do Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT Kavli que trabalha no LIGO, ao Gizmodo.

O Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO) e o observatório de ondas gravitacionais Virgo se baseiam no princípio de padrões de interferência criados pela sobreposição de feixes de laser. Um feixe de laser passa para um elemento óptico que o divide em dois feixes, depois envia cada um deles para um tubo de dois quilômetros de comprimento e para espelhos, que os devolvem ao elemento óptico que os une. A luz (até mesmo a luz do laser) viaja como uma onda; portanto, quando os feixes se reúnem, eles se transformam em uma nova onda. Uma onda gravitacional de passagem mudaria levemente a distância que um dos raios laser viaja, deixando seus rastros na onda final correspondente, à medida que os raios viajam dentro e fora da fase um do outro.

Mas depois que o laser é recombinado, ele deve viajar através das flutuações quânticas do vácuo da máquina. Uma consequência da mecânica quântica, a teoria que governa como as partículas subatômicas interagem, é que, nas escalas menores, há pequenas oscilações de energia crescente e decrescente. Essas flutuações introduzem um nível de incerteza quando as partículas de luz chegam ao detector – o que limita a sensibilidade do detector, já que é mais difícil ver a mudança na fase da luz introduzida pelas ondas gravitacionais. Agora, os físicos conseguiram uma maneira de suprimir essas flutuações quânticas injetando “estados de vácuo espremidosâ€?nesta parte final do experimento.

Um dos princípios centrais da mecânica quântica, o princípio da incerteza de Heisenberg, diz que certos pares de propriedades, como a posição de uma partícula e seu momento ou sua energia e o tempo que ela chega, não podem ser medidos simultaneamente com precisão; aumentar a precisão em um dos valores diminui a precisão no outro e vice-versa. Comprimir é uma maneira de aumentar a precisão (e diminuir o ruído) do valor em que os físicos estão mais interessados ​​às custas do outro.

A linha preta mostra a quantidade de ruído em uma determinada frequência sem comprimir. O verde mostra o efeito da compressão: menos ruído. Gráfico: LIGO

A força de trabalho do mecanismo de supressão de ruído é um tipo especial de cristal com propriedades ópticas ajustáveis. O cristal vincula um feixe de laser que passa por ele às flutuações de energia do vácuo, permitindo aos pesquisadores criarem um novo campo onde eles mudaram o ruído da propriedade na qual estão mais interessados ​�fase) para a propriedade em que estão menos interessado (amplitude). Eles passam essa luz de volta para a saída do interferômetro, onde ele substitui o vácuo com ruído por esse novo campo compactado. O laser resultante agora tem menos ruído em suas medições de fase e mais em sua amplitude. Para reduzir o ruído da luz difusa produzida pelo próprio cristal sintonizado, os componentes principais do compressor ficam dentro do vácuo do LIGO. Os pesquisadores relataram o sucesso desse método nos detectores LIGO e Virgo na última quinta-feira (5), em artigos publicados na Physical Review Letters.

Isso é algo importante. “Essa conquista é uma bela demonstração de como a tecnologia quântica pode aprimorar instrumentos de precisão e expandir os limites da ciência”, disse Ping Koy Lam, professor de física da Universidade Nacional da Austrália que não esteve envolvido neste estudo, mas que trabalha com compressão para detectores de ondas gravitacionais, ao Gizmodo por e-mail.

Mas tudo tem o seu preço – o ruído de amplitude aparece em outro lugar, resultando em um ligeiro aumento na incerteza para ondas gravitacionais de baixa frequência. No futuro, os físicos esperam reduzir a amplitude para as frequências mais baixas e a fase para as frequências mais altas, disse ao Gizmodo Nergis Mavalvala, professor de astrofísica do MIT que contribuiu com a pesquisa.

O LIGO e o Virgo agora usam essa compressão para aumentar a sensibilidade, à medida que continuam a procurar as ondas gravitacionais causadas pela colisão de buracos negros. Mas para a autora principal do artigo, a estudante de graduação Maggie Tse, uma das partes mais emocionantes foi ver o mundo muitas vezes incompreensível e difícil de medir da física quântica acontecer na vida real. Ela disse ao Gizmodo: “Transformar os estados quânticos assustadores em algo tangível é mágico”.

The post Conquista quântica permite que os físicos ‘vejam’ ondas gravitacionais do universo mais profundo appeared first on Giz Brasil.

Cientistas afiliados ao detector LIGO anunciaram na semana passada que haviam visto, na forma de ondas gravitacionais, o que parecia ser um buraco negro engolindo uma estrela de nêutrons. Mas sem uma contraparte eletromagnética para a detecção, é difícil distinguir tal evento de uma fusão entre dois buracos negros. Mesmo assim, qualquer dessas duas possibilidades é muito interessante.

“Não estamos cientes de buracos negros no Universo com menos do que cerca de cinco massas solares”, disse Susan Scott, professora da Universidade Nacional da Austrália, ao Gizmodo por e-mail. “Como estimamos que a massa menor [desse evento] seja menor do que três massas solares, se for um buraco negro, então ele seria significativamente mais leve do que qualquer outro buraco negro que conhecemos.”

Em 14 de agosto, os cientistas que operam as duas máquinas do Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser (LIGO), bem como o interferômetro de ondas gravitacionais Virgo, relataram ter identificado ondas gravitacionais. Os detectores determinaram que este evento, agora chamado S190814bv, muito provavelmente não era um alarme falso.

Os astrofísicos calcularam que as ondas gravitacionais que eles detectaram teriam sido criadas por duas massas, uma maior que cinco vezes a massa do Sol e uma menor que três vezes a massa do Sol, colidindo a quase 900 milhões de anos-luz de distância.

Os cálculos iniciais sugeriam que essa era a evidência mais forte de um buraco negro colidindo com uma estrela de nêutrons. Um buraco negro é um objeto superdenso cuja gravidade distorce o espaço de tal forma que a luz não pode escapar. Já uma estrela de nêutrons é um corpo estelar ligeiramente menos denso que um buraco negro, que agrupa grandes quantidades de massa em um objeto de apenas alguns quilômetros de diâmetro.

A teoria prevê que tal colisão viria com uma emissão de radiação eletromagnética chamada kilonova à medida que a estrela de nêutrons vítima é destruída. Essa radiação seria similar àquela que acompanhou a primeira colisão de estrelas de nêutrons já detectada.

• Astrônomos detectam flashes do buraco negro no centro da nossa galáxia
• Ex-estagiário da NASA vendeu fitas originais do pouso na Lua por US$ 1,82 milhão em leilão

Após a recente detecção do LIGO, os telescópios examinaram o céu em busca de uma contraparte eletromagnética para o S190814bv.

Uma dessas missões já está relatando seus resultados no servidor de artigos de física do arXiv. Um instrumento em um telescópio de 6,5 metros no Observatório Las Campanas, no Chile, não encontrou nenhuma evidência de radiação eletromagnética que acompanhasse o evento. Isso complica as coisas para aqueles que esperavam que o LIGO tivesse visto um buraco negro comendo uma estrela de nêutrons.

“Não ver nada deixa essa ambiguidade”, explicou Edo Berger, professor de astronomia da Universidade de Harvard que trabalhou nesta missão de acompanhamento, ao Gizmodo. “Teremos que esperar alguns meses até que o LIGO e o Virgo publiquem seus resultados finais, mas minha suspeita é de que [a identidade dessa detecção] vai permanecer ambígua.”

A ausência do sinal nos telescópios não significa que o sinal não estava lá. Embora o LIGO forneça coordenadas de lugares onde procurar para as missões de acompanhamento, 900 milhões de anos-luz é uma distância muito maior do que aquela da colisão de estrelas de nêutrons de agosto de 2017.

Além disso, alguns modelos que preveem que um buraco negro colidindo com uma estrela de nêutrons parecem determinar que uma explosão resultante seria muito mais fraca. Talvez, se a diferença de massa entre a estrela de nêutrons e o buraco negro fosse grande o suficiente, não haveria emissão alguma quando a estrela fosse engolida inteira, disse Scott.

Tudo isso significa que evidências conclusivas de um buraco negro colidindo com uma estrela de nêutrons exigirão mais buscas, e que esse evento provavelmente vai ficar só no “talvez”.

Mas a explicação alternativa, que diz que o LIGO detectou mais um par de buracos negros em colisão, ainda é emocionante. O mais leve entre os dois objetos seria então o buraco negro mais leve já encontrado. “De qualquer maneira, as descobertas científicas feitas a partir deste evento serão incríveis, [seja] um buraco negro engolindo uma estrela de nêutrons ou a descoberta de um buraco negro muito leve”, disse Scott.

Você pode se perguntar por que não vimos detecções sem ambiguidades na radiação eletromagnética que acompanha as ondas gravitacionais desde a descoberta de agosto de 2017. Infelizmente, nós provavelmente só tivemos sorte naquele momento.

“Era próximo, bem localizado no espaço, e tinha tudo para isso”, disse Berger. “Ficamos um pouco mimados.”

Dada a vastidão do universo, detecções ambíguas como a S190814bv são provavelmente a norma para essa nova era da astronomia, na qual os cientistas são capazes de usar mais do que apenas a luz recebida para observar o cosmos.

A terceira rodada de observações do LIGO, em andamento agora, está programada para continuar até abril de 2020.

The post Colisão detectada pelo LIGO pode envolver uma estrela de nêutrons ou o menor buraco negro já visto appeared first on Giz Brasil.

Os cientistas não tentando apenas descobrir ondas gravitacionais — ondulações que viajam através do espaço inicialmente previstas pela teoria da relatividade geral de Albert Einstein. Desde que detectaram as ondas pela primeira vez em 2015, os pesquisadores progrediram para usar grandes conjuntos de dados gerados por estes eventos — geralmente buracos negros colidindo uns com os outros — para resolver os mistérios do nosso Universo de maneira mais abrangente.

• Novo detector de ondas gravitacionais faz sua primeira descoberta
• O que pudemos descobrir com a primeira imagem de um buraco negro
• Por que a imagem do buraco negro não parece nem um pouco com a do filme Interestelar

Os dois detectores de ondas gravitacionais, LIGO (que fica nos EUA) e Virgo (que fica na Itália), foram desativados no segundo semestre de 2017 para melhorias em sua sensibilidade. Os detectores atualizados foram reativados em 1º de abril. Foi o começo de sua terceira rodada de observação.

Já falamos algumas vezes que as fusões de buracos negros são corriqueiras, mas as duas primeiras semanas dessa rodada de observação demonstram o quão rotineiro se tornou captar esse tipo de acontecimento. Embora as coisas estivessem calmas na primeira semana, a segunda já trouxe dois sinais do que se acredita que sejam ondas gravitacionais, uma na segunda-feira (8) e outra na sexta (12).

Se os cientistas continuarem vendo esses eventos a uma frequência constante de uma vez por semana, “a astrofísica será transformada para sempre até o final da rodada de observação”, disse Vicky Kalogera, diretora do Centro de Pesquisa e Exploração Interdisciplinar em Astrofísica da Northwestern University, ao Gizmodo em um e-mail.

Um par de detectores nos EUA, chamado de Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO), descobriu as primeiras ondas gravitacionais somente em 2015. Elas eram resultado de uma colisão entre dois buracos negros a 1,3 bilhão de anos-luz de distância. Desde então, o experimento do europeu Virgo passou a funcionar e compartilhar informações. Astrônomos já registraram 10 fusões de buracos negros e colisões de objetos menores, chamados estrelas de nêutrons.

Especificamente, os cientistas enviaram alertas para outros telescópios sobre dois de eventos de alta probabilidade. Esses telescópios podem, então, caçar um correspondente em ondas de luz para combinar do sinal captado pelos detectores de ondas gravitacionais, disse Christopher Berry, outro professor da Northwestern University, ao Gizmodo.

Esses sinais parecem ser importantes. “Eles passaram com louvor pelas nossas verificações iniciais de como os detectores estavam se comportando. Agora estamos fazendo verificações mais cuidadosas e realizaremos análises mais completas para descobrir suas propriedades.�/p>

Você pode se perguntar por que já estamos ouvindo sobre essas colisões — os resultados das duas últimas rodadas de observação foram bem guardados. Berry explicou que, nas primeiras vezes, eles queriam se aprofundar nos dados e garantir que tudo que estava por trás dos resultados estivesse correto antes de apresentar qualquer coisa ao público. Agora, a menos que estejam fora do comum por algum motivo, as colisões individuais de buracos negros não são tão importantes quanto as tendências que vêm com mais dados.

Os cientistas ainda têm muitas perguntas sobre essas enormes erupções de energia. Em que parte de uma galáxia estão ocorrendo essas fusões de buracos negros? Existem fusões de segunda geração — dois buracos negros podem se fundir e, em seguida, se fundir novamente a um terceiro , que, por sua vez, pode ter sido mais de um em dado momento? Talvez reunir mais estatísticas poderá ajudar os cientistas a caçar até mesmo a misteriosa matéria escura.

É um grande momento para buracos negros, com toda a certeza.

The post Detectores de ondas gravitacionais identificaram duas potenciais colisões de buracos negros em uma semana appeared first on Giz Brasil.

• Cientistas confirmam que ondas gravitacionais realmente existem
• Por que os cientistas estão tão ansiosos para encontrar ondas gravitacionais

Ondas gravitacionais são oscilações no espaço-tempo produzidas quando objetos pesados no universo �como estrelas de nêutrons, buracos negros �se colidem, liberando grandes quantidades de energia. Previstas pela teoria da relatividade geral de Einstein em 1916, as ondas gravitacionais não tinham sido confirmadas até fevereiro deste ano, quando físicos dos observatórios Hanford e Livingston anunciaram que tinham evidências de dois buracos negros se colidindo a 1.3 bilhões de anos luz.

Em junho, os mesmos pesquisadores confirmaram um segundo evento de ondas gravitacionais de outro par de buracos negros que se colidiram. Einstein estava certo e as ondas gravitacionais realmente existem.

As oscilações no espaço-tempo anunciadas neste ano foram detectadas durante a primeira vez que o Advanced LIGO funcionou, entre setembro de 2015 e fevereiro de 2016. (Uma outra versão do LIGO, operada no começo dos anos 2000, não conseguiu encontrar as ondas gravitacionais.) O plano é continuar melhorando o Advanced LIGO, que usa um feixe de laser para medir flutuações minúsculas na distância entre espelhos posicionados a quilômetros de distância, por meio de upgrades incrementais, seguido de ciclos de seis meses de observação.

O segundo desses ciclos começou na semana passada.

Peter Fritschel, diretor associado do LIGO no MIT, disse ao Gizmodo que o LIGO de Livingston conseguiu reduzir a quantidade de luz dispersada â€?uma fonte prejudicial de ruído â€?em seu detector, atingindo 25% mais sensibilidade. Isso significa que o LIGO de Livingston teoricamente consegue “ver” ondas gravitacionais num volume de espaço 75% maior do que antes, ou chegar a uma distância de 660 milhões de anos-luz. O LIGO é mais sensível especialmente em frequências muito baixas (20 a 200 Hz) onde as colisões de buracos negros costumam acontecer.

Entretanto, no detector de Hanford, os engenheiros conseguiram dobrar a quantidade de energia que o interferômetro de laser consegue emitir, de 100 para 200 kilowatts.

Na prática, é a combinação das habilidades dos instrumentos de Hanford e Livingston que importam para a detecção de ondas gravitacionais, o que torna difícil prever exatamente o quão boa será a performance do Advanced LIGO. Mas é possível dizer que os físicos esperam medir mais colisões entre buracos negros nos próximos meses. “Se nós detectamos 3 colisões no primeiro ciclo, nós devemos conseguir medir algo como 10 colisões nos próximos seis meses”, disse Ilias Cholis da Johns Hopkins University em Baltimore ao New Scientist.

Nos próximos ciclos, a equipe do Advanced LIGO espera começar a identificar ondas gravitacionais a partir de outras fontes. “Um par de estrela de nêutrons seria ótimo”, disse Fritschel. “Acho que é um grande objetivo”.

Fritschel disse que em muito breve, um interferômetro europeu chamado VIRGO começará a funcionar numa sensibilidade comparável a do Advanced LIGO. Com outros instrumentos de olho no céu, será mais fácil para os cientistas apontarem de onde as ondas gravitacionais estão vindo. “Com dois detectores você meio que pode acenar sua mão para o céu e dizer, está vindo de algum lugar dali”, disse Fritschel. “Com o VIRGO faremos um trabalho melhor”.

Localizações aproximadas de dois eventos de ondas gravitacionais detectadas até agora pelo LIGO. Imagem: LIGO/Axel Mellinger.

No futuro, ondas gravitacionais podem ajudar físicos a construir um mapa de distribuição de buracos negros, que, como o próprio nome indica, são difíceis de identificar usando telescópios que dependem apenas da luz. Estrelas de nêutrons, por sua vez, são fábricas de elementos pesados, e estudar suas colisões pode ajudar a entender como os metais raros estão distribuídos pela galáxia.

As ondas gravitacionais também podem abrir portas para fenômenos exóticos que não imaginamos. “400 anos atrás, Galileo virou um telescópio pro céu e abriu uma janela para a astronomia moderna”, disse David Reitz da Caltech ao Gizmodo neste ano. “Eu acho que estamos fazendo algo similar. Acho que estamos abrindo uma janela no universo.”

Imagem do topo: O Advanced LIGO localizado em Livingston, Louisiana. Créditos: Caltech/MIT/LIGO Lab.

The post O melhor detector de ondas gravitacionais do mundo acaba de ficar melhor appeared first on Giz Brasil.

>>> Estamos um passo mais próximos de detectar ondas gravitacionais no espaço
>>> Cientistas que detectaram ondas gravitacionais vão ganhar US$ 3 milhões pela grande descoberta

Em fevereiro, físicos do LIGO entraram para a história ao anunciar que uma grande ondulação no espaço-tempo havia sido detectada em dois lugares diferentes dos EUA no dia 14 de setembro de 2015. As ondulações emanaram do estágio final da fusão de dois buracos negros localizados há 1,3 bilhões de anos-luz de distância e que pesavam 29 e 36 massas solares, respectivamente.

O segundo sinal de onda gravitacional do LIGO chegou apenas três meses após o primeiro, no dia 26 de dezembro. Novamente, é o resultado da dança de um par binário de buracos negros que estavam se fundindo, apesar de que a nova dupla pesava apenas 8 e 14 massas solares desta vez. Quando eles se juntaram a uma distância de 1,4 bilhões de anos-luz, criaram um buraco negro com 21 vezes a massa do Sol, enquanto liberaram uma rajada de energia gravitacional bastante potente.

A descoberta foi anunciada na tarde de quarta-feira (15) durante um encontro da American Astronomical Society em San Diego, na Califórnia, EUA, e foi aceita para ser publicada na Physical Reviews Letters.

“Só o fato de já termos visto mais de uma [fonte de onda gravitacional] já é bem animador,” disse David Shoemaker, do MIT, que liderou o programa de construção do LIGO. “Isso nos levou do pensamento de ‘Ih, será que isso é verdade?’ para um sim, essa é uma ferramenta que podemos usar.”

A ferramenta mais precisa da Terra

Quando os objetos mais pesados do nosso universo entram em choque nas mais potentes colisões, eles enviam ondas de choque, mais ou menos como ondulações em uma lagoa, emanando através do espaço-tempo. Chamados de ondas gravitacionais, esses tremores cósmicos são incrivelmente fracos, da ordem de um bilionésimo do diâmetro de um átomo. Mas eles acontecem o tempo inteiro ao nosso redor; oferecendo uma janela para o nosso universo completamente diferente do que podemos observar pelo espectro eletromagnético. Se as ondas eletromagnéticas são o visual do universo, as ondas gravitacionais são a música dele.

Essa, ao menos, é a teoria que vem do século passado. Mas ondas pequenas desse jeito precisam de experimentos de alta precisão para serem detectadas, e o mais avançado experimento na Terra – o LIGO, que usa feixes laser para medir pequenas variações na distância entre dois espelhos separados por quilômetros – não era bom o suficiente até pouco tempo atrás. O LIGO foi ativado em 2002, mas não encontrou nada definitivo até recentemente. Então, após cinco anos de atualizações entre 2010 e 2015, o LIGO renasceu como o Advanced LIGO, com três vezes mais sensibilidade do que seu antecessor. Quando o Advanced LIGO começou a coletar dados no ano passado, ele detectou ondas gravitacionais quase que imediatamente.

“O primeiro evento foi enorme”, disse Shoemaker, falando das ondas detectadas pelo LIGO em setembro de 2014. “Meu primeiro pensamento foi de que era um teste,” disse Gabriela Gonzales, uma professora de física da Universidade do Estado de Louisiana, nos EUA, que também é porta-voz do LIGO Livingston. “Em questão de horas, percebemos que não era.”

Ainda assim, a equipe passou os cinco meses seguintes validando meticulosamente a descoberta, determinada a eliminar qualquer possível fonte de distúrbio ambiental ou erro humano antes de tornar o achado público.

O segundo sinal

Esse segundo sinal, que foi detectado três meses depois, era diferente. “Os objetos estão quase tão distantes quanto, mas como são mais leves, é um sinal muito mais fraco,” explicou Shoemaker. “Precisávamos ser mais cuidadosos para observar aviões, relâmpagos, ruídos sísmicos, pessoas derrubando martelos – todas as coisas que poderiam indicar que a descoberta erra errada.”

Apesar de serem difíceis de distinguir do barulho de fundo da Terra, as ondas gravitacionais produzidas por colisões mais fracas têm uma vantagem quando falamos em detecção: elas se movem mais lentamente. A ondulação do espaço-tempo de dezembro de 2015 demorou um segundo inteiro para atravessar os detectores do LIGO, o contrário do que aconteceu com o sinal anterior, que atravessou nosso planeta em uma fração desse tempo.

“Isso é importante porque pudemos começar a descrever o que estava acontecendo durante o evento extraordinário,” disse Federico Ferrini, diretor do Observatório Gravitacional Europeu (EGO, na sigla em inglês), que é lar do VIRGO, um detector de ondas gravitacionais localizado na Itália.

O sinal foi tão longo que os investigadores observaram um buraco negro girando ao redor do outro, completando cerca de 50 rotações enquanto passava pelo grupo de detectores do LIGO. As rotações podem nos falar bastante sobre a história da formação do objeto – talvez esse vórtice de escuridão tenha sido uma estrela de nêutrons no passado, antes de consumir a matéria ao seu redor, ganhando momentum angular, e entrando em colapso para virar um buraco negro. Mas vamos precisar estudar muitos pares de buracos negros ainda até entendermos a história e dinâmica da formação deles.

Os sinais de ondas gravitacionais detectados pelos observatórios LIGO no dia 14 de outubro de 2015. Imagem: Caltech/MIT/LIGO Lab

E com um detector comprovado de ondas gravitacionais, podemos fazer exatamente isso. “O primeiro evento foi como a realização de um sonho,” disse Ferrini. “Agora temos um segundo, e no futuro teremos muitos outros. Isso significa que entramos realmente na era da astronomia das ondas gravitacionais, e podemos a fazer estatísticas.”

Mesmo com apenas dois eventos, o LIGO já nos disse coisas bem importantes sobre a distribuição de tamanho dos buracos negros, e sobre a frequência das suas fusões. Antes da primeira detecção, ninguém tinha certeza de que buracos negros com 30 massas solares existiam. O segundo evento também é excepcional em comparação a buracos negros encontrados por humanos via observações de raio-X, que são todos na faixa das muitas massas solares. Todos os próximos eventos vão restringir ainda mais as nossas previsões teóricas.

Ondas gravitacionais também oferecem uma ferramenta única para a observação do comportamento de objetos cósmicos que não emitem luz. “As ondas gravitacionais têm interação tão fraca com tudo que elas chegam como uma linha direta entre a fonte delas e nós,” disse Shoemaker. “Consequentemente, podemos ver o movimentos do interior profundo de objetos [como buracos negros e estrelas de nêutrons], de uma maneira que não é possível com radiação eletromagnética.”

Vem muito mais por aí

O que podemos esperar ouvir nos próximos anos e meses? A primeira missão observacional do novo LIGO acabou em janeiro, e o experimento está passando agora por novas melhorias. A próxima tarefa dele deve começar no terceiro trimestre, e com mais sensibilidade, ele deve ser capaz de ouvir ondas gravitacionais em uma faixa mais ampla do espaço. Uma coisa legal de vivermos em um universo tridimensional é que, se melhorarmos a sensibilidade do detector por um fator de dois, podemos varrer um volume de espaço oito vezes maior.

Mais ou menos na mesma época, o Advanced VIRGO, da ESO, vai entrar em funcionamento com uma sensibilidade próxima à do LIGO. Um novo detector do outro lado do mundo vai ajudar cientistas a localizarem melhor a fonte das ondas gravitacionais no céu. “Com três pontos observacionais a milhares de quilômetros de distância, a triangulação no céu é muito mais precisa – de algumas centenas de graus quadrados para dezenas de graus quadrados,” disse Ferrini.

Isso significa que, no futuro, astrônomos poderão colocar os telescópios na direção do sinal de ondas gravitacionais e chegar à fonte delas.

“Vai ser demais, conforme detectamos mais coisas e fazemos análises mais aprofundadas nos próximos anos, encontraremos pistas de onde esses buracos negros surgem, disse o físico e colaborador do LIGO Chad Hanna. “Agora que somos capazes de detectar ondas gravitacionais, elas serão uma fonte fenomenal de novas informações sobre a nossa galáxia e um canal completamente novo de descobertas sobre o universo.”

Foto de topo: simulação de computador de dois buracos negros se fundindo. Imagem: Projeto SXS (Simulating eXtreme Spacetimes)

The post Ondas gravitacionais foram detectadas pela segunda vez appeared first on Giz Brasil.

>>> Nós encontramos ondas gravitacionais. E agora?
>>> As dúvidas mais interessantes sobre ondas gravitacionais, respondidas

Mas é fácil esquecer que o LIGO não é o único a realizar essa tarefa: a era da astronomia de ondas gravitacionais está apenas começando. Há todo um espectro dessas ondas, assim como existem muitos tipos diferentes de luz. Portanto, há outras colaborações para caçar ondas em outras frequências.

A colaboração LISA, da Agência Espacial Europeia (ESA) – que prepara um observatório espacial de ondas gravitacionais – está um passo mais perto de se tornar realidade, após uma fase bem-sucedida de testes. Os resultados foram publicados na Physical Review Letters.

Ondas no espaço

Lançado ao espaço em dezembro, o LISA Pathfinder é a primeira fase planejada de uma missão para detectar ondas gravitacionais. Embora seja um interferômetro espacial, o LISA Pathfinder não foi realmente projetado para detectar ondas gravitacionais. Pelo contrário, ele é um protótipo de observatório para testar as tecnologias de detectores necessários para a futura missão LISA (Antena Espacial de Interferômetro a Laser).

“O LISA preenche a lacuna na frequência de ondas gravitacionais entre pulsares e o LIGO, por isso é absolutamente crítico para descrever o espectro completo de ondas gravitacionais”, diz Maura McLaughlin, da West Virginia University, ao Gizmodo. Ela não faz parte da missão LISA Pathfinder, mas estuda ondas gravitacionais em frequências muito baixas.

Ela completa: “se não tivermos o LISA, seria como ter telescópios de rádio e de raios gama, mas não infravermelhos ou ópticos. Precisamos de todos eles para obter a imagem completa de fontes espaciais.”

Para detectar ondas gravitacionais, físicos tentam medir pequenas variações na distância entre dois objetos separados por uma quantidade conhecida. Assim, o LISA Pathfinder usa interferômetros laser para medir com precisão as posições relativas de dois cubos de ouro-platina de 4,5 cm em queda livre.

Alojados em caixas de eletrodos e separados por 40 cm de distância, os objetos de teste estão protegidos do vento solar e de todas as outras forças externas, para que os pequenos movimentos causados ​​por ondas gravitacionais possam ser detectados.

Câmaras de armazenamento de eletrodos do LISA Pathfinder, onde as posições de massas de teste serão precisamente monitoradas. Crédito da imagem: CGS SpA

A nave espacial LISA Pathfinder tem propulsores que disparam quando necessário para garantir que os cubos permaneçam em queda livre, sob a influência da gravidade e nada mais. Mesmo a luz solar pode perturbar esse movimento de queda livre o suficiente para abafar quaisquer sinais de ondas gravitacionais.

Testes bem-sucedidos

Os cientistas da missão passaram os últimos meses trabalhando para entender os limites na precisão das medições – incluindo forças eletrostáticas, raios cósmicos, e até mesmo o movimento aleatório das moléculas dentro dos próprios cubos de teste.

Os resultados superaram as expectativas: os dois cubos ficaram em queda livre e quase imóveis em relação um ao outro, e os cientistas puderam determinar a distância com altíssima precisão – chegando a um nível menor que o diâmetro de um átomo, e cinco vezes melhor do que a meta para o LISA Pathfinder, de acordo com Martin Hewitson, do Instituto Albert Einstein.

É uma prova de conceito muito importante, demonstrando que é possível implementar um observatório de ondas gravitacionais no espaço. McLaughlin diz que esta é “uma conquista espetacular”, acrescentando: “este resultado mostrou que o principal desafio foi superado. Agora seria muito surpreendente se o LISA não alcançasse sua sensibilidade total projetada”.

Modelo computacional das câmaras experimentais do LISA Pathfinder (caixas douradas) e sistema de interferômetro laser (centro). Via ESA.

Uma missão maior

No futuro, a ESA planeja construir um grande observatório espacial que faz medições precisas sobre objetos de teste separados por centenas de milhares de quilômetros.

A missão completa LISA será composta por três naves espaciais em uma configuração triangular, cada uma contendo dois cubos de ouro-platina em queda livre. Conceitualmente, ela vai funcionar como o LIGO, usando lasers de alta potência para medir mudanças minúsculas na distância entre esses cubos de teste.

Mas para detectar ondas gravitacionais em frequências muito baixas, as três naves espaciais LISA precisam ficar ainda mais afastadas do que os detectores do LIGO na Terra -eles estão separados por 3.000 km em duas cidades nos EUA. O LISA também deve ser mais capaz de detectar fontes direcionais de ondas gravitacionais.

Quais tipos de eventos o LISA poderia detectar? Stefano Vitale, da Universidade de Trento e pesquisador principal na missão LISA Pathfinder, diz que está interessado em capturar sinais de um buraco negro pequeno caindo em um buraco negro supermassivo.

O observatório LISA permitiria aos físicos mapear precisamente o campo gravitacional em torno de um buraco negro, assim testando as previsões da relatividade geral num grau sem precedentes.

O LISA Pathfinder foi lançado em dezembro de 2015, mas a ESA espera lançar a missão integral LISA só em 2034.

[Physical Review Letters]

Imagem por Agência Espacial Europeia

The post Estamos um passo mais próximos de detectar ondas gravitacionais no espaço appeared first on Giz Brasil.

Esta semana, cientistas começaram a alistar pessoas de todo o mundo para ajudar a descobrir mais ondas gravitacionais.

Trata-se do projeto Einstein@home. Ele usa o programa BOINC, mantido pela Universidade da Califórnia em Berkeley, para aproveitar seu computador enquanto ele estiver ocioso.

Para participar, é simples:

– baixe e instale o BOINC, disponível para Windows, OS X, Linux e Android;

– selecione o projeto Einstein@home e clique em “Next”;

– faça um cadastro rápido com e-mail e senha, e complete o cadastro no navegador inserindo seu país e CEP (se você quiser).

É isso. O BOINC permite escolher entre quarenta projetos científicos. O LHC@home roda simulações para melhorar o design do Grande Colisor de Hádrons e de seus detectores; o Milkyway@Home quer criar um modelo 3D preciso da Via Láctea; e o SETI@home quer encontrar vida inteligente fora da Terra detectando sinais de rádio.

Uma dica: vá em Opções > Preferências de computação e ative as duas primeiras opções: desta forma, o BOINC não funcionará enquanto você estiver usando o computador, nem quando ele estiver na bateria (no caso de laptops).

Nesta tela, você também pode selecionar o período de inatividade (na imagem abaixo, são 3 minutos sem entrada do mouse ou teclado), e quanto do CPU o programa pode usar (recomendo deixar em 50% para evitar superaquecimento).

Indo em Ver > Visão Avançada e depois em Opções > Preferências de computação, você encontrará controles mais refinados. Por exemplo, é possível limitar o volume de dados usados pelo BOINC, e limitar seus horários de funcionamento.

Quando você não estiver usando seu PC, o Einstein@home vai usar seu processador e internet para analisar dados coletados pelo LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser) entre setembro e janeiro.

Este é o mesmo observatório responsável pela primeira descoberta de ondas gravitacionais, cujo sinal foi gerado por um par de buracos negros que colidiram a 1,3 bilhão de anos-luz de distância.

Os físicos não esperam ver outra onda gravitacional tão grande neste lote de dados, mas estão interessados em detectar sinais mais fracos, tais como aqueles produzidos quando uma estrela de nêutrons gira ao redor de outra muito rapidamente. Esses sinais exigem mais tempo computacional para destrinchar, e a melhor maneira de encontrá-los é alistando um grupo de computadores sem nada melhor para fazer.

O LIGO provou que é capaz de detectar ondulações no espaço-tempo; agora, os físicos esperam que as descobertas não parem de chegar. E é a sua vez de pegar a próxima onda.

[Einstein@home via Nature News]

Colaborou: Felipe Ventura. Imagem por Swinburne Astronomy Productions.

The post Como fazer seu computador ajudar na busca por novas ondas gravitacionais appeared first on Giz Brasil.

Tudo isso para impedir que você veja a maior mentira – a gravidade! A elite corporativa da física, bêbada com o poder de escrever as leis da natureza como bem quiser, criou uma prisão para nossas mentes, meus amigos.

Na humilde busca pela verdade, reunimos abaixo uma seleção das melhores teorias da conspiração sobre ondas gravitacionais que a internet tem para oferecer. Einstein está girando no túmulo? Sim, porque ele provavelmente estava envolvido também.

>>> Nós encontramos ondas gravitacionais. E agora?
>>> As dúvidas mais interessantes sobre ondas gravitacionais, respondidas

1. Ondas gravitacionais são um embuste para enganar o público

Ah, sim, uma farsa clássica da física teórica, paga com o suor e lágrimas dos contribuintes. Existem vários tópicos no Reddit que explicam isso em detalhe, mas eis um resumo:

– físicos “veem” um “sinal” incrível no “detector” deles;

Рmeses se passam, e nenhum outro sinal ̩ detectado. Instaura-se o p̢nico de que pode ter sido um alarme falso;

– instituições acadêmicas e a mídia são mobilizadas para fazer um grande anúncio sobre o sinal espúrio. O anúncio chega em 11 de fevereiro, a tempo para as candidaturas do Prêmio Nobel 2016;

– as consequências? Dinheiro, fama e glória.

Provas:

Desconfiança geral em relação ao sistema, e desconhecimento do que os físicos no experimento LIGO fizeram nos quatro meses anteriores ao anúncio.

Contra-argumentos:

Por onde começar? Vamos começar com o próprio sinal, que é impressionantemente alto e claro. Inicialmente, os físicos do observatório LIGO consideraram que este era um sinal deliberadamente falso – chamado de “injeção cega”. Em poucas horas, a equipe verificou que este não era o caso.

Ao longo dos meses seguintes, eles examinaram uma série de detectores ambientais para ter certeza absoluta de que o sinal não era apenas um ruído aleatório. No geral, a probabilidade de um evento como este ser um acaso estatístico é estimada em cerca de uma em dez milhões.

Além do mais, a equipe do LIGO tem vários outros possíveis sinais de ondas gravitacionais, obtidos no mesmo período de três meses. Um desses eventos tem aproximadamente uma possibilidade de 3% de ser ruído – não é algo que mereça um Nobel, mas certamente é um bom candidato. E a equipe do LIGO espera ver muitos outros sinais quando os detectores forem reativados em poucos meses.

2. Os físicos erraram de novo

Cientistas cometem erros o tempo todo. Não vamos esquecer que, em 2014, astrofísicos do telescópio BICEP2 alegaram ter encontrado a primeira evidência de ondas gravitacionais no início do universo, sustentando a teoria da “inflação” – que o cosmos se expandiu muito rapidamente após o Big Bang.

Alguns meses mais tarde, as dúvidas começaram a se infiltrar. No ano seguinte, ficou claro que a “descoberta” não era nada além de poeira cósmica.

Provas:

Temos o histórico ruim dos físicos, e também o fato de que a “detecção” de ondas gravitacionais no LIGO foi na verdade algo chamado “retardo eletromagnético”. Um YouTuber descobriu isso no mesmo dia em que foi feito o anúncio sobre ondas gravitacionais.

Contra-argumentos:

Ver contra-argumentos para o nº1. Também dê uma olhada nas respostas de Amber Stuver, Ph.D. em física e cientista no LIGO Livingston Observatory (EUA), sobre os cuidados na detecção das ondas gravitacionais.

Quanto ao BICEP2, falamos com Robert Garisto, editor da Physical Review Letters, revista que publicou a descoberta na época. Ele diz que a confusão teve menos a ver com a ciência em si, e mais a ver com a comunicação científica.

“Embora seja verdade que a conferência de imprensa, e até certo ponto a versão prévia dos resultados do BICEP2, acabaram não sendo corretas, se você olhar para o estudo na PRL, ele era muito mais circunspecto sobre a descoberta”, disse Garisto ao Gizmodo. “O estudo ainda não está errado.”

No caso do novo estudo, baseado no observatório LIGO, as reivindicações científicas são muito mais robustas. “Eu não consigo imaginar alguma maneira em que isso vai ser refutado”, disse Garisto. “A evidência é muito forte.”

Imagem: aplanetruth.info

3. Ondas gravitacionais são um embuste para nos convencer de que a Terra não é plana

Por que gerações de físicos iriam se esforçar tanto para perpetuar uma teoria falsa sobre a natureza básica do universo em que vivemos? Uma palavra: CONTROLE.

Quer uma melhor maneira de fazer todos ecoarem o seu dogma do que uma festa mundial celebrando a “teoria” da gravidade, e de ondas gravitacionais?

Provas:

Ah, a gravidade… essa desculpa conveniente para tudo o que não faz sentido sobre viver em uma esfera que gira. Sabe o que também não faz sentido? VIVER EM UMA ESFERA, ALIENADOS.

Basta assistir a alguns desses vídeos sobre a Terra plana, eles explicam tudo:

Contra-argumentos:

¯ \ _ (� _ / ¯

4. Um gênio do mal enganou a todos nós

Isto, na verdade, vem dos próprios físicos do LIGO: é a única maneira concebível que eles podem imaginar de o sinal capturado pelos detectores do LIGO ser falso.

Provas:

“Um gênio do mal é, por definição, mais inteligente do que nós”, disse Alain Weinstein, físico na UCLA e colaborador do LIGO, ao Gizmodo. “Não podemos descartar a hipótese do gênio do mal, porque nós não somos inteligentes o suficiente.”

Um gênio do mal, de acordo com Weinstein, é diferente de um trapaceiro. É concebível que um funcionário descontente poderia plantar uma injeção nos detectores do LIGO sem avisar a ninguém. “Nós pensamos muito sobre isso, e concluímos que não sabíamos como fazer isso”, disse Weinstein. “Então, quem fez isso tinha que ser mais esperto do que nós.” Daí vem a ideia do gênio do mal.

Contra-argumentos:

Por que um gênio do mal tentaria enganar todo o planeta de que um resultado antes obscuro da relatividade geral é de fato real? Por que uma pessoa com essas faculdades mentais não usaria esse cérebro para algo melhor? A teoria é mais um excesso de cautela por parte dos cientistas do LIGO, do que uma teoria da conspiração em si.

Primeira imagem por NASA

The post Teóricos da conspiração: ondas gravitacionais são uma farsa para enganar você appeared first on Giz Brasil.

>>> As dúvidas mais interessantes sobre ondas gravitacionais, respondidas
>>> Nós encontramos ondas gravitacionais. E agora?
>>> Cientistas confirmam que ondas gravitacionais realmente existem

No que está sendo chamado de “um grande marco histórico“, a LISA Pathfinder lançou ontem suas duas massas de teste. O objetivo do experimento é manter esses cubos brilhantes suspensos em queda livre perfeita, medindo suas posições com precisão. Isoladas da radiação cósmica e do vento solar, as massas só vão se mover se atingidas por ondas no espaço-tempo conhecidas como ondas gravitacionais.

“A LISA Pathfinder continua funcionando perfeitamente”, disse Karsten Danzmann, diretor do Instituto Max Planck para Físicas Gravitacionais. “O lançamento dos testes de massa exigiram um pouco de aprendizado, mas a equipe rapidamente encontrou uma solução. A operação bem-sucedida de um interferômetro a laser no espaço com duas massas de teste em queda livre é a primeira da história!”

Em uma notícia que deixou o mundo em choque, físicos do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO, na sigla em inglês) anunciaram a primeira detecção direta de uma onda gravitacional na semana passada, confirmando a previsão final da teoria geral da relatividade proposta por Albert Einstein há um século.

Este é o começo da era da ciência das ondas gravitacionais, e um novo jeito de se estudar o universo. Nos meses e anos que vem por aí, o LIGO vai continuar sua busca por ondas gravitacionais produzidas pela colisão de buracos negros e estrelas de nêutrons, possibilitando novas formas de estudar esses objetos celestiais.

O lançamento das duas massas de teste do LISA Pathfinder é o primeiro passo dessa ciência. Os cubos de ouro de 46mm são separados por apenas 38cm. Entre eles está um interferômetro laser, que vai tentar medir suas posições com precisão de até um milionésimo para um milímetro. Se isso for possível, vamos observar as massas de teste surfarem nas ondas gravitacionais que varrem nosso sistema solar.

As operações científicas completas da LISA Pathfinder devem ser iniciadas em março. Fique atento – o universo está começando a falar conosco.

Foto via CGS / SpA

The post Próximo grande experimento com ondas gravitacionais começa agora no espaço appeared first on Giz Brasil.

>>> Por que os cientistas estavam tão ansiosos para encontrar ondas gravitacionais
>>> Nós encontramos ondas gravitacionais. E agora?

Stuver recebeu diversas perguntas sobre ondas gravitacionais levantadas por leitores do Gizmodo, e aqui estão as respostas.

Para recapitular: ondas gravitacionais são ondulações no tecido do espaço-tempo previstas por Albert Einstein há um século. Elas foram detectadas pelo LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser), que consiste em dois espelhos pendurados em duas cidades a 3.000 km de distância nos EUA.

Houve uma enorme quantidade de trabalho para detectar uma única onda gravitacional, e este é um enorme avanço. Com certeza isto poderia abrir uma série de novas possibilidades emocionantes na astronomia.

Mas esta primeira detecção é “meramente” uma prova de que a detecção em si é possível, ou teremos mais avanços científicos com ela? O que você espera fazer com isso no futuro? Haverá métodos mais fáceis de detectar essas ondas no futuro?

Stuver: Esta é de fato a primeira detecção, que é um avanço, mas o objetivo sempre foi usar ondas gravitacionais para praticar astronomia de uma forma nova.

Em vez de olhar para o universo analisando a luz, agora somos capazes de sentir as mudanças muito pequenas na gravidade causadas por algumas das coisas mais violentas, maiores e (na minha opinião) mais interessantes – incluindo o universo sobre o qual a luz nunca será capaz de nos trazer informações.

Nós já conseguimos praticar este novo tipo de astronomia usando as ondas da primeira detecção. Usando o que sabemos sobre a relatividade geral, podemos prever como são as ondas gravitacionais de objetos tais como buracos negros ou estrelas de nêutrons. O sinal que encontramos coincide com o que está previsto para um par de buracos negros, um de 36 vezes a massa do nosso Sol, e outro de 29 vezes, que orbitam cada vez mais rápido à medida que ficam próximos um do outro. Finalmente, eles se fundem em um só buraco negro.

Assim, não só esta foi a primeira detecção de ondas gravitacionais, como também foi a primeira observação direta de buracos negros, já que a luz não pode ser usada para observá-los (só para ver como a matéria ao seu redor se move).

Como você pode ter certeza de que efeitos externos (tais como vibração) não estão impactando os resultados?

Stuver: No LIGO, gravamos muito mais dados relacionados ao nosso ambiente e ao equipamento do que dados que possam conter um sinal de onda gravitacional.

Queremos ter a maior certeza possível de que os efeitos externos não nos enganem, fazendo-nos pensar que descobrimos uma onda gravitacional. Se o solo estava se movendo numa quantidade anormal no momento que pensamos ver um sinal de onda gravitacional, nós provavelmente iríamos rejeitá-lo como um candidato de detecção.

Outra medida que tomamos para não ver algo acidentalmente é que ambos os detectores do LIGO devem ver o mesmo sinal dentro da quantidade de tempo que uma onda gravitacional levaria para viajar entre as duas instalações. A quantidade máxima de tempo para esta viagem é de cerca de 10 milissegundos.

Para ser considerada uma detecção em potencial, temos de ver um sinal com a mesma forma e quase ao mesmo tempo nas duas instalações do LIGO, e os dados extras que recolhemos do ambiente devem estar limpos de anormalidades.

Há também muitos outros testes de detecção pelos quais um candidato deve passar antes de nós considerarmos ser uma detecção válida, mas estes são os principais.

Como, exatamente, os cientistas sabem que as ondas medidas vieram devido a dois buracos negros supermassivos? Como eles podem saber exatamente o que causou as ondas que eles mediram?

Stuver: Ondas gravitacionais têm diferentes origens: fusão de buracos negros (como nesta descoberta), uma estrela orbitando outra, estrelas moribundas em explosões, ou buracos negros se formando. Dependendo da origem, a onda terá um formato específico. Quando detectamos uma onda gravitacional, usamos os formatos previstos pela relatividade geral para determinar o que a causou.

Para analisar as observações, usamos um catálogo de sinais previstos de ondas gravitacionais para comparar com nossos dados. Se existir uma forte correlação com uma dessas previsões (ou modelos), então sabemos que este é um candidato de ondas gravitacionais, e também sabemos qual sistema o criou – pois é o sistema usado para criar o modelo.

Como sabemos que essas ondas se originaram da colisão de dois buracos negros, e não algum outro evento? É possível ter alguma ideia de onde/quando o evento aconteceu com qualquer grau de precisão?

Stuver: Quando sabemos qual sistema formou as ondas gravitacionais, podemos prever sua força onde ela foi produzida. Medindo a força uma vez que ela chega à Terra, e comparando a nossa medição com a força prevista na fonte, podemos calcular a distância da fonte. Como as ondas gravitacionais viajam à velocidade da luz, também podemos calcular quanto tempo elas viajaram até a Terra.

Para o sistema de buraco negro que descobrimos, medimos uma variação máxima no comprimento dos braços do LIGO de 1/1.000 do diâmetro de um próton. Isso implica que o sistema está a uma distância de aproximadamente 1,3 bilhão de anos-luz. Assim, a onda gravitacional descoberta em setembro e anunciada na semana passada estava vindo até nós nos últimos 1,3 bilhão de anos. Isso foi antes da vida animal se formar na Terra, mas depois de surgir a vida multicelular.

Existe alguma maneira prática de gerar ondas gravitacionais que possam ser detectadas por um dispositivo como este, para que pudéssemos construir um rádio ou laser de gravidade?

Stuver: O que você sugere é exatamente o que Heinrich Hertz fez no final dos anos 1880 para detectar ondas eletromagnéticas na forma de ondas de rádio. No entanto, a gravidade é a mais fraca das forças fundamentais que unem o universo.

Por causa disso, mover massas num laboratório ou em outra instalação irá criar ondas gravitacionais, mas elas serão muito fracas, mesmo para detectores sensíveis como o LIGO. Para que as ondas fossem fortes o suficiente, seria preciso girar um haltere em velocidades tão altas que o processo iria destruir qualquer material conhecido pela humanidade.

O próximo lugar para procurar grandes quantidades de massa em movimento extremamente rápido é o universo, por isso construímos detectores que têm como alvo essas fontes distantes.

A qual distância é preciso estar de uma fusão entre buracos negros para sobreviver e medir ondas gravitacionais?

Stuver: A distância não precisa ser enorme em termos astronômicos. Suponhamos que você tenha 2 m de altura e esteja orbitando ao redor de buracos negros numa distância igual à distância entre a Terra e o Sol. Estimo que o buraco negro iria esmagar e esticar você em cerca de 0,000165 mm.

Sua altura muda mais que isso no decorrer do dia, devido à compressão das suas vértebras enquanto você está na posição vertical. Ou seja, daria para sobreviver tranquilamente a isso.

No caso do buraco negro binário que detectamos usando ondas gravitacionais, eles produziram uma variação máxima de 1×10^-18 metros (isto é um milésimo do diâmetro de um próton). Também estimamos que esses buracos negros estavam a uma distância de 1,3 bilhão de anos-luz.

A distância entre o Sol e a Terra – que usamos no exercício teórico acima – é de 0,0000158 ano-luz. Mesmo estando bem próximo, um buraco negro pode causar menos estragos do que você imagina.

É válida a analogia de “onda como na água”? Nós podemos “surfar” nessas ondas? Há “picos” e “vales” de gravidade?

Stuver: As ondas gravitacionais viajam através da matéria sem passarem por alterações, portanto não há uma maneira de navegá-las ou usá-las para propulsão. Portanto, não veremos surfistas de ondas gravitacionais.

Quanto a “picos” e “vales”, este é um ponto excelente. A gravidade é sempre atrativa porque não há massa negativa. Não sabemos o porquê, mas isso nunca foi observado em um laboratório, nem qualquer evidência foi encontrada em outras partes do universo.

Então, a gravidade é geralmente representada nos gráficos de espaço-tempo como tendo uma curvatura para baixo – ou seja, um “vale”. Uma massa viajando pelo “vale” tenderá a se curvar para dentro dele; isto é a atração gravitacional.

Se você tivesse massa negativa, você teria repulsão, que seria representada por um “pico”. A massa se movendo por um “pico” tenderia a se afastar dele. Portanto, há “vales”, mas não “picos”.

A analogia da água é muito boa para discutir como a força da onda diminui à medida que ela viaja para longe de sua fonte. Uma onda de água fica menor assim como uma onda gravitacional fica mais fraca.

Usando este novo sentido para ouvir o cosmos, quais são algumas das grandes áreas em que os cientistas estão se concentrando para saber mais sobre o universo?

Stuver: O potencial é realmente desconhecido, ou seja, haverá muito mais áreas do que já imaginamos até agora. Quanto mais aprendemos sobre o universo, melhores serão as perguntas que poderemos responder com ondas gravitacionais. Entre elas:

РQual ̩ a causa das explos̵es de raios gama?

РComo a mat̩ria se comporta no ambiente extremo de uma estrela em colapso?

– Como foram os primeiros instantes após o Big Bang?

РComo se comporta a mat̩ria em estrelas de n̻utrons?

Mas eu estou realmente interessada é em descobrir ondas gravitacionais que não antecipávamos. A cada vez que os seres humanos observam o universo de uma maneira nova, nós sempre descobrimos algo inesperado que revoluciona a nossa compreensão. Quero encontrar essas ondas gravitacionais e descobrir algo que não poderia ser imaginado antes.

Agora que estamos ouvindo as ondas gravitacionais, qual seria a coisa mais chocante para um cientista ouvir? (1) Padr̵es/estruturas ṇo naturais? (2) Uma fonte de ondas gravitacionais de uma regịo que certamente estava vazia? (3) Rick Astley РNever gonna give you up?

Stuver: Assim que eu li sua pergunta, eu imediatamente pensei na cena do filme Contato quando o telescópio de rádio detecta padrões de números primos. Isso não é nada que possa ocorrer naturalmente (pelo menos ninguém pensou nisso ainda). Assim, o padrão/estrutura antinatural que você sugere é algo que, para mim, seria mais provável.

Acho que nunca temos a certeza de que uma determinada parte do espaço está vazia. Afinal de contas, o sistema de buraco negro que encontramos estava isolado, e nenhuma luz jamais veio dessa região, mas encontramos ondas gravitacionais lá mesmo assim.

Agora, quanto a música… Eu me especializei em separar sinais de ondas gravitacionais do ruído que medimos, vindos constantemente de influências ambientais. Se eu encontrar música na forma de onda gravitacional, especialmente uma música que eu ouvi antes, eu saberia que é brincadeira. Mas uma música que nunca foi ouvida antes na Terra… isso seria como a cena de Contato com a sequência de números primos.

Outros objetos astronômicos de massa considerável emitem essas ondas? Isso pode ser usado para encontrar planetas, ou apenas buracos negros?

Stuver: Não é apenas a massa que importa quando se olha para as ondas gravitacionais (embora quanto mais, melhor). É também a aceleração do objeto. Os buracos negros que descobrimos estavam orbitando um ao redor do outro a cerca de 60% da velocidade da luz quando se fundiram. É por isso que pudemos detectá-los durante a fusão. Mas não há mais ondas gravitacionais provenientes de lá, agora que eles se estabeleceram em uma massa com pouco movimento.

Então, qualquer coisa muito grande se movendo muito rapidamente pode criar ondas gravitacionais que podemos detectar.

Exoplanetas são muito menos propensos a ter a massa ou a aceleração para fazer ondas gravitacionais detectáveis. (Eles criam ondas gravitacionais, sim, mas elas não são fortes o suficiente nem estão na frequência correta para que possamos detectá-las.) Mesmo se um exoplaneta for enorme o suficiente para criar ondas gravitacionais detectáveis, a aceleração necessária provavelmente iria destruir o planeta. Isto é um problema, especialmente porque os planetas mais massivos tendem a ser gigantes gasosos.

Qual é a velocidade de uma onda gravitacional? Ela tem massa? Se ela não tiver massa, é possível que ela se mova mais rápido do que a velocidade da luz?

Stuver: Espera-se que as ondas gravitacionais viajem à velocidade da luz. Esta é a velocidade implicada pela teoria da relatividade geral. No entanto, experimentos como o LIGO vão começar a testar isto. É possível que elas possam viajar mais devagar, mas muito perto da velocidade da luz. Se for esse o caso, então a partícula teórica associada à gravidade, chamada gráviton – da qual são feitas as ondas gravitacionais – teria massa.

Como a gravidade atua entre massas, isto acrescentaria complicações na teoria. As complicações não tornam isso impossível, apenas improvável. Este é um grande exemplo do uso da navalha de Occam: a explicação mais simples geralmente é a correta.

Crédito: R. Hurt, Caltech/JPL

Será que isso terá qualquer impacto sobre a possibilidade de algum dia fazer um motor de dobra real?

Stuver: Como as ondas gravitacionais não têm uma interação significativa com a matéria, não há realmente uma forma de usá-las para impulsionar a matéria. Mesmo se isso fosse possível, uma onda gravitacional só poderia viajar até a velocidade da luz. Usá-las como um meio para fazer um motor de dobra ir mais rápido do que a velocidade da luz não é possível. Mas eu queria que fosse!

As ondas gravitacionais podem ser focadas? Qual seria o efeito de um feixe focado de gravidade num objeto gigantesco? Este efeito poderia ser empregado para melhorar aceleradores de partículas?

Stuver: É muito difícil concentrar as ondas gravitacionais porque o universo é transparente para elas; ou seja, as ondas gravitacionais passam através da matéria e saem inalteradas. Você precisaria alterar o caminho de pelo menos parte das ondas gravitacionais a fim de concentrá-las.

Pode haver uma forma exótica de lente gravitacional que poderia concentrar as ondas gravitacionais, pelo menos parcialmente, mas isto seria difícil (se não impossível) de utilizar para um propósito.

Se pudessem ser focadas, elas ainda seriam tão fracas que eu não sei de uma aplicação prática que poderiam ter. Mas isso é também o que disseram sobre o laser, que é apenas luz focada e coerente, então quem sabe?

Quais são as implicações agora sobre os dispositivos antigravidade?

Stuver: Para um dispositivo antigravidade, seria necessário transformar a força gravitacional atrativa em uma força repulsiva. Uma onda gravitacional é uma mudança que se propaga na gravidade, mas esta mudança nunca se torna repulsiva (isto é, negativa).

A gravidade é sempre atrativa porque a massa negativa parece não existir. Sim, existem cargas elétricas positivas e negativas, polos magnéticos norte e sul, mas apenas massa positiva. Por quê? Se houvesse massa negativa, uma bola feita desse material iria subir em vez de descer – ela seria repelida pela massa positiva da Terra.

Poderíamos aproveitar o poder dessas ondas para a exploração do espaço, por exemplo? Seria possível se comunicar através dessas ondas?

Stuver: A quantidade de massa que precisaria se mover com extrema aceleração para produzir ondas gravitacionais detectáveis pelo LIGO, por exemplo, é gigantesca. Por isso, o único mecanismo conhecido para gerar estas ondas são pares de estrelas de nêutrons, ou de buracos negros pouco antes de se fundirem em um só (há outras fontes também, mas isso funciona para a nossa discussão).

As chances de haver uma civilização avançada com os meios de manipular a matéria assim são incrivelmente pequenas. Mesmo se essas civilizações existissem, há maneiras muito mais eficientes de se comunicar conosco. Pessoalmente, eu não acho que iria acabar bem para nós se encontrássemos uma civilização com a capacidade de usar as ondas gravitacionais como um meio de comunicação, uma vez que ela também seria capaz de nos destruir facilmente.

O que isso significa para a possibilidade de viagem no tempo e teletransporte? Poderíamos encontrar aplicações práticas para este fenômeno, além de aprender sobre o universo?

Stuver: Neste momento, há duas boas formas de se viajar no tempo (somente para o futuro). A primeira é fazer uma viagem de ida e volta quase à velocidade da luz (este é o paradoxo do gêmeo na Teoria da Relatividade Restrita). A segunda é mover-se para uma área com gravidade muito maior, que foi destaque no filme Interestelar (isto é a viagem no tempo na Teoria da Relatividade Geral).

Dado que uma onda gravitacional é uma mudança que se propaga na gravidade, haveria flutuações muito pequenas na velocidade do tempo, mas uma vez que as ondas gravitacionais são inerentemente fracas, as flutuações no tempo também seriam.

Eu não consigo ver uma aplicação prática em direção à viagem no tempo (ou teletransporte) saindo das ondas gravitacionais. Aprendi a nunca dizer nunca – mas reduza suas expectativas.

Você antecipa um dia em que não confirmaremos mais as teorias de Einstein e começaremos a encontrar coisas estranhas e inesperadas? Pelo menos em termos de física cosmológica, às vezes parece que vivemos num mundo em que um Nostradamus escreveu as regras de forma clara.

Stuver: Com certeza! Como a gravidade é a mais fraca das forças, ela é também a mais difícil de se testar. Até agora, cada vez que a relatividade de Einstein foi posta à prova, ela previu com precisão os resultados desses experimentos. Mesmo os testes da relatividade geral que fizemos com as ondas gravitacionais confirmaram a relatividade geral.

Mas espero testar pequenos detalhes da teoria (talvez com ondas gravitacionais ou de outras formas) que comecem a mostrar coisas “engraçadas”, como resultados de um experimento muito próximos ao esperado, mas não exatamente. Isso não significa que a relatividade esteja errada, ela pode só precisar de alguns pequenos ajustes.

Cada vez que respondemos a uma pergunta sobre a natureza, isso leva a mais perguntas. No futuro, teremos perguntas que nem a relatividade geral poderá explicar completamente. É por isso que ser uma cientista é emocionante.

Crédito: NASA

O experimento detecta a onda por uma mudança na distância entre dois locais. A amplitude é maior numa direção do que na outra? Em outras palavras, as leituras implicam que o universo está mudando de tamanho? Se sim, será que isso confirma a expansão, ou algo inesperado?

Stuver: Seria preciso observar muitas ondas gravitacionais, vindo de muitas direções diferentes no universo, antes de responder a isso. Em astronomia, isso é criar um modelo de população. Quantos tipos de coisas estão em cada lugar? Essa é a questão principal.

Uma vez que tivermos muitas observa̵̤es, come̤aremos a ver padr̵es irregulares: por exemplo, um tipo de ondas gravitacionais vindo de uma certa parte do universo, e quase nunca de outro lugar Рisso seria um resultado extremamente interessante.

Alguns padrões poderiam confirmar a expansão – sobre a qual já temos bastante certeza – ou outros fenômenos que não imaginamos ainda. Mas precisamos ver muito mais ondas gravitacionais antes.

Como esta descoberta muda a narrativa sobre o período de inflação do Big Bang?

Stuver: Até agora, esta descoberta realmente não toca em nada relacionado à inflação cósmica. Para fazer declarações sobre isso, você precisa observar as ondas gravitacionais que sobraram do Big Bang. Esta é a missão do projeto BICEP2.

Em 2014, eles acreditaram ter observado indiretamente essas ondas gravitacionais, e pensaram ter visto os efeitos dessas ondas gravitacionais sobre a radiação cósmica de fundo. Infelizmente, os dados estavam contaminados com poeira cósmica.

O LIGO pode ser capaz de ver diretamente essas ondas gravitacionais no futuro (elas são o tipo mais fraco de ondas gravitacionais que esperamos detectar). Se virmos essas ondas gravitacionais, nós estaremos voltando mais na história do universo do que nunca antes, e aí poderemos fazer declarações sobre a inflação.

Você pode explicar como esta descoberta se relaciona à Teoria do Campo Unificado? Estamos mais perto de confirmá-la, ou mais perto de descartar isso?

Stuver: A teoria do campo unificado procura desenvolver uma teoria que pode explicar a física do muito pequeno (mecânica quântica) e do muito grande (relatividade geral).

No momento, os resultados da descoberta que fizemos focam principalmente em testar e confirmar a relatividade geral. Uma vez que nos concentramos na física do muito grande, não há muito que esta descoberta sozinha possa fazer para nos avançar em direção a uma teoria unificada.

Mas, à medida que aprendemos mais, isso não está fora de questão. Por enquanto, o campo da física de ondas gravitacionais é recém-nascido. Quanto mais aprendermos, mais seremos capazes de expandi-la em direção a uma teoria unificada. Mas devemos andar antes de podermos correr.

O que o público pode fazer para que possamos financiar mais pesquisas científicas como esta? Ao longo dos anos, o orçamento da ciência nos EUA foi cortado em muitos lugares, e eu temo que a nossa próxima geração não tenha fundos e equipamentos o bastante para fazer descobertas surpreendentes como esta.

Stuver: Entre em contato com seus deputados e senadores, e diga a eles que você apoia o financiamento da ciência. E eu não me refiro apenas ao LIGO. Muitas das tecnologias que nós tomamos por dado hoje, muitas das que fazem nossos smartphones funcionarem, foram originalmente desenvolvidas por pesquisas financiadas pelo governo, cujos resultados encontraram aplicações práticas.

E pesquisas como as que fazemos no LIGO não só vão nos ajudar a aprender mais sobre o nosso universo, como nos permitirão transformar o universo em nosso próprio laboratório para observar coisas que nunca poderemos replicar na Terra. Podemos aprender mais sobre a física nuclear vendo como a matéria se comporta numa estrela em colapso. Isto pode ter consequências de longo alcance.

Projetos como o LIGO também requerem que novas tecnologias sejam desenvolvidas para fazer nossas descobertas. Estas tecnologias muitas vezes chegam à indústria e ao uso diário. O laser já foi chamado de “brinquedo de físico”, pois achavam que ele nunca teria qualquer aplicação prática. Hoje nós o usamos para escanear as compras, tocar CDs, realizar procedimentos médicos e, sim, procurar por ondas gravitacionais.

Siga Amber Stuver no Twitter em @livingligo e confira o blog dela, Living LIGO.

Primeira imagem por Swinburne Astronomy Productions

The post As dúvidas mais interessantes sobre ondas gravitacionais, respondidas appeared first on Giz Brasil.

Cenas semelhantes provavelmente ocorreram no MIT; em Livingston, Louisiana; em Hanford, Washington; e na Europa – o LIGO é uma colaboração internacional de US$ 1 bilhão com centenas de cientistas. E este momento é aguardado há 100 anos.

Einstein previu a existência das ondas gravitacionais com sua teoria geral da relatividade em 1915, e os físicos descobriram evidências indiretas na década de 70 e 80. Mas a detecção direta foi mais difícil – até agora. E a história das ondas gravitacionais, e do que elas podem nos dizer, está só começando.

>>> Cientistas confirmam que ondas gravitacionais realmente existem
>>> Por que os cientistas estão tão ansiosos para encontrar ondas gravitacionais

A descoberta

Eis o que aconteceu. Em 14 de setembro de 2015, os detectores do LIGO em Livingston e Hanford Рcidades americanas a 3.000 km de dist̢ncia Рcaptaram o mesmo sinal dentro de mil̩simos de segundo um do outro. As formas de onda desses sinais batiam com as previs̵es das simula̵̤es (imagem abaixo).

É como uma impressão digital de áudio, semelhante às assinaturas de decaimento que os físicos usam para identificar partículas subatômicas produzidas no Grande Colisor de Hádrons. E é exatamente o que você esperaria encontrar se dois buracos negros, com cerca de 30 massas solares cada (30 vezes a massa do nosso Sol), fossem em direção um ao outro e se fundissem em um evento de colisão maciça, enviando ondas de choque poderosas através do espaço-tempo, há cerca de 1,3 bilhão de anos.

Na verdade, os dados estavam tão impecáveis que Reitze ficou preocupado – seria bom demais para ser verdade? Alan Weinstein, que comanda o LIGO Caltech, pensou o mesmo. Afinal, na primeira fase operacional do LIGO, entre 2002 e 2010, líderes de projeto inseriram sinais deliberadamente falsos nos dados para testar o rigor da análise.

Mesmo que os seus colegas lhe assegurassem que este novo sinal não era um exercício de “injeção cega”, Weinstein não conseguia acreditar. Ele se perguntou se era o trabalho de um membro descontente da equipe LIGO, injetando um sinal falso nos dados como vingança.

Ou talvez fosse o trabalho de um gênio do mal. “Não podemos descartar a hipótese do gênio do mal”, ele brincou durante uma conferência à imprensa. “Estamos fazendo o nosso melhor para descartar a hipótese do gênio do mal. Mas eu gosto de pensar que uma colisão binária de buracos negros é mais provável.”

Os físicos estudaram a frequência desse sinal e puderam inferir as massas de ambos os buracos negros (um tinha 29 massas solares, o outro tinha 36). Após a fusão, estavam faltando 3 massas solares no buraco negro recém-formado, emitidas em uma poderosa explosão de ondas gravitacionais. Imagine três vezes o nosso Sol de repente sendo aniquilado, e você terá uma ideia de quanta energia nós estamos falando aqui. A amplitude do sinal diz que a colisão aconteceu a cerca de 1,3 bilhão de anos-luz de distância.

Então não só esta é a primeira detecção direta de ondas gravitacionais, como também é a primeira prova de que buracos negros binários realmente existem. E tudo isso veio de dados obtidos durante um teste de engenharia logo após o LIGO Advanced, com várias melhorias, ser ativado.

Ele ainda não está caçando em sua sensibilidade máxima. Quando isso acontecer, os físicos esperam ver muito mais desses eventos, dando-lhes uma nova janela para o funcionamento do universo. Isso faz do LIGO “um novo instrumento para a observação de uma nova forma de radiação vinda dos céus”, disse Bill Weber, físico da Università di Trento e membro da colaboração LISA Pathfinder.

A revolução

“A primeira detecção é muito importante em termos de física fundamental, por causa do que ela diz sobre a gravidade, mas também abre uma janela para o que tem sido previamente o universo escuro”, disse Avery Broderick, físico da Universidade de Waterloo (Canadá). “Durante séculos, os astrônomos olhavam para o céu à noite e pensavam sobre o lado iluminado do universo. Agora daremos o nosso primeiro olhar no lado escuro. Esperamos que ele seja bastante rico e emocionante.”

Pense nesse potencial revolucionário da seguinte maneira: cada vez que os astrônomos olharam para o nosso universo em um comprimento de onda diferente – com raios X, infravermelho, rádio ou raios gama – eles descobriram aspectos que não teríamos visto de outra forma. Com as ondas gravitacionais não deve ser diferente, agora com algo mais semelhante ao som do que à luz.

Além de olhar para o nosso universo, podemos ouvi-lo também. Jorge Cham, do PhD Comics, disse eloquentemente em sua explicação ilustrada: “imagine que você foi surdo durante toda a sua vida, até que um dia a sua audição é restaurada”.

A principal diferença é que, enquanto o som requer um meio pelo qual viajar, as ondas gravitacionais movem esse meio – no caso, o próprio espaço-tempo. “Elas literalmente amassam e esticam o tecido do espaço-tempo”, Chiara Mingarelli, astrofísica de ondas gravitacionais na Caltech, disse ao Gizmodo. Para os nossos ouvidos, as ondas detectadas pelo LIGO seriam como um sinal sonoro.

Mais formas de caçar ondas gravitacionais

E exatamente como essa revolução vai acontecer? Bem, o LIGO tem atualmente dois detectores, agindo como “orelhas” para os cientistas, e mais detectores estão programados para entrar em funcionamento no futuro.

O LIGO chegou lá primeiro, em termos de detecção direta, porém há mais de um tipo de onda gravitacional. Na verdade, há todo um espectro, assim como vários tipos diferentes de luz, com diferentes comprimentos de onda, no espectro eletromagnético. Por isso, há outras colaborações que caçarão ondas com frequências além do que o LIGO é projetado para detectar.

Crédito: NanoGRAV

Mingarelli trabalha na colaboração NanoGRAV (Observatório Nanohertz Norte-Americano para Ondas Gravitacionais), parte de um consórcio internacional mais amplo, que também inclui o europeu EPTA e o australiano PPTA.

Os cientistas do NanoGRAV estão caçando ondas gravitacionais em frequências muito baixas, entre 1 a 10 nanohertz; a sensibilidade do LIGO está na porção do kilohertz (audível) do espectro. Os comprimentos de onda são muito longos; na verdade, levaria dez anos para completar um único ciclo.

A colaboração se baseia em dados de pulsares recolhidos pelo Observatório de Arecibo, em Porto Rico, e pelo Telescópio Green Bank, nos EUA. Pulsares são basicamente estrelas de nêutrons com rotação rápida, formadas quando estrelas mais massivas do que o Sol explodem e colapsam para dentro.

Os pulsares giram mais rápido enquanto encolhem, e emitem explosões poderosas de radiação enquanto giram, que são detectadas como pulsos de luz na Terra. E essas rotações periódicas são notavelmente precisas, até há bem pouco tempo tão precisas quanto um relógio atômico. Isso as torna um detector cósmico ideal de ondas gravitacionais.

Na verdade, a primeira evidência indireta veio de pulsares estudados em 1974, quando Joseph Taylor, Jr. e Russell Hulse descobriram que um pulsar orbitando uma estrela de nêutrons lentamente diminuía ao longo do tempo – parte de sua massa foi convertida para energia, sob a forma de ondas gravitacionais.

No caso do NanoGRAV, um indício crucial seria uma espécie de efeito cintilante. Os pulsos devem chegar ao mesmo tempo à Terra, mas se eles forem atingidos por uma onda gravitacional, eles chegarão um pouco mais cedo ou mais tarde, porque o espaço-tempo vai encolher ou se esticar quando a onda passar.

Matrizes de temporização de pulsar (PTAs) são especialmente sensíveis às ondas gravitacionais produzidas pela fusão de buracos negros supermassivos, com um bilhão a dez bilhões de vezes a massa do nosso Sol – como aqueles que provavelmente se escondem no centro das galáxias mais maciças.

Quando duas dessas galáxias se fundem, os buracos negros em seus centros fazem o mesmo, emitindo ondas gravitacionais. “O LIGO vê o fim da fusão, quando os binários estão muito próximos”, disse Mingarelli. “Com PTAs, gostaríamos de vê-los no início da fase de espiral, quando eles estão apenas começando a orbitar um para o outro.”

No espaço

LISA Pathfinder, pronto para lançamento em dezembro de 2015. Via ESA.

Depois, há a missão espacial conhecido como LISA (Antena Espacial com Interferômetro Laser). O LIGO – que fica na Terra – é ótimo para detectar ondas gravitacionais no espectro equivalente à audição humana. No entanto, muitas fontes interessantes destas ondas estão em frequências mais baixas. Assim, os físicos têm de ir ao espaço para detectá-las.

O principal objetivo da atual missão LISA Pathfinder (lançada em dezembro) é validar a tecnologia do detector. “Com o LIGO, você pode desligar o instrumento, abrir o vácuo e corrigir as coisas,” disse Scott Hughes, do MIT. “Se você fizer algo errado no espaço, é o fim. Você tem que começar tudo da maneira certa”.

Qual é o objetivo do LISA? Usando interferômetros laser, a sonda tentará medir com precisão as posições relativas dos dois cubos de ouro-platina de 4,5 cm em queda livre. Alojados em caixas de eletrodos separados a apenas 38 cm de distância, os objetos de teste estarão protegidos do vento solar e de todas as outras forças externas, de modo que poderão ser detectados pequenos movimentos causados ​​por ondas gravitacionais – ou assim esperamos.

Por fim, há dois experimentos projetados para uma espécie de arqueologia espacial: eles querem encontrar as impressões deixadas por ondas gravitacionais antigas. Elas teriam um efeito na radiação cósmica de fundo, deixada no universo pelo Big Bang.

Trata-se do BICEP2 e da missão de satélite Planck. O BICEP2 ficou conhecido por declarar que encontrou evidências de ondas gravitacionais em 2014 – porém esses sinais apareceram devido à poeira cósmica.

Mas ambos os experimentos continuam a caça, na esperança de lançar luz sobre o início da história do nosso universo – e talvez confirmar uma previsão fundamental da teoria inflacionária. Esta teoria prevê que, logo após o seu nascimento, o universo passou por um surto de crescimento rápido que deveria ter produzido poderosas ondas gravitacionais, deixando uma orientação especial (polarização) das ondas de luz.

Imagem: representação artística de uma colisão entre estrelas de nêutrons rasgando o espaço-tempo, e produzindo ondas gravitacionais. Crédito: NASA.

The post Nós encontramos ondas gravitacionais. E agora? appeared first on Giz Brasil.

Descobrir as ondas gravitacionais seria muito importante para a física, para a cosmologia e para nossa compreensão do universo em geral. Mas se você não é um cientista nesses campos, é possível que nunca tenha ouvido falar dessas ondulações misteriosas. O que são exatamente essas ondas, e por que os físicos se esforçam para encontrá-las há um século?

Em termos simples, as ondas gravitacionais são vibrações no tecido do universo. São ondulações à velocidade da luz no próprio espaço-tempo causadas ​​por eventos terrivelmente violentos, como explosões de estrelas ou fusões de buracos negros. Graças a acontecimentos celestes inconcebivelmente grandes, violentos e distantes, os átomos que compõem tudo – desde as estrelas no céu até os seres humanos na Terra – estão tremendo um pouco, o tempo todo.

E “um pouco” é pouco mesmo. Apesar de toda a energia necessária para produzir ondas gravitacionais, as ondulações no espaço-tempo em si são incrivelmente fracas. Os físicos estimam que, quando as ondas gravitacionais chegam à Terra, elas têm um bilionésimo do diâmetro de um átomo. Você precisa de instrumentos ridiculamente precisos que operem em ambientes completamente sem ruído para medi-los, e até muito recentemente, nossos detectores simplesmente não eram capazes disso.

Simulação numérica de dois buracos negros se fundindo, realizada pelo Instituto Albert Einstein na Alemanha. Crédito da imagem: Werner Benger/Wikimedia

Mas a detecção de ondas gravitacionais vem mudando nos últimos tempos. O LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser) é nosso principal observatório terrestre na área, e vem recebendo uma série de melhorias; e foi lançado o primeiro detector espacial de ondas gravitacionais, o LISA Pathfinder. Armados com estes dois laboratórios, os físicos esperavam medir nossas primeiras ondulações no espaço-tempo até o final da década. Agora, parece que esse dia chegou mais cedo que o previsto.

Como detectar

Em princípio, a detecção de ondas gravitacionais é bastante simples; na prática, é irritantemente difícil. Para fazer isso, os físicos tentam medir pequenas variações na distância entre dois objetos separados por uma quantidade conhecida. Mas como os tremores atômicos que esperamos detectar são pequeníssimos, precisamos de experimentos que separem objetos em distâncias enormes. Mesmo assim, temos de medir as mudanças na distância muito, muito precisamente.

Esse é o princípio por trás de nossos atuais detectores de ondas gravitacionais. No caso do LIGO, que foi ativado pela primeira vez em 2002, dois espelhos estão pendurados em duas cidades a 3.000 km de distância nos EUA, formando um braço principal; enquanto outros dois espelhos estão perpendiculares a eles. Uma luz laser passa por um divisor de feixes e salta por todos os quatro espelhos até retornar à sua fonte.

“Se os dois braços estiverem a distâncias idênticas, então a interferência entre os feixes de luz que retornam ao divisor de feixes vai guiar toda a luz de volta para o laser”, explica um site informativo da Caltech. “Mas, se houver alguma diferença entre a distância dos dois braços, parte da luz irá viajar para onde ela pode ser gravada por um fotodetector.”

Esquema simples do Detector LIGO. Via LIGO.

Se isso acontecer, um sinal elétrico é produzido, e cabe aos cientistas determinar se eles realmente testemunharam uma onda gravitacional. O problema é que o nosso planeta é um lugar barulhento, e um monte de outros tipos de movimento – de tremores na Terra a carros e trens – podem estragar o sinal. O ruído de fundo do nosso planeta, juntamente às limitações impostas pela distância dos detectores, colocou algumas restrições graves na nossa capacidade de farejar ondas gravitacionais a partir do solo.

A primeira campanha observacional do LIGO, que terminou em 2010, não gerou nenhuma evidência firme; fomos quase enganados por um sinal falso, deliberadamente plantado pela comissão do LIGO para deixar os cientistas espertos.

Mas desde essa campanha, o LIGO passou por uma série de melhoramentos ao longo de um período de cinco anos. Quando o Advanced LIGO foi ativado em setembro, seus novos detectores brilhantes eram três vezes mais sensíveis do que nos experimentos iniciais.

Isso significa que o Advanced LIGO agora pode “ouvir” através de uma faixa muito mais vasta do espaço – até 225 milhões de anos-luz de distância, em comparação com os 65 milhões de anos-luz alcançados durante a última caçada de ondas gravitacionais. E, no futuro, cientistas esperam aumentar a sensibilidade para 2 bilhões de anos-luz.

Caçando ondas no espaço

Este ano, pela primeira vez, a busca por ondas gravitacionais também será feita a partir do espaço. O LISA Pathfinder, lançado em 2 de dezembro, é um experimento de prova de princípio que vai testar tecnologias fundamentais necessárias para a detecção de ondas gravitacionais fora da Terra.

Há algumas razões pelas quais o espaço é um lugar atraente para procurar ondas gravitacionais. Por um lado, trata-se de um ambiente muito mais silencioso do que a Terra – as únicas verdadeiras fontes de ruído de fundo são o vento solar e a radiação cósmica, que podem ser evitados com uma blindagem cuidadosa.

Modelo computacional das câmaras experimentais do LISA Pathfinder (caixas douradas) e sistema de interferômetro laser (centro). Via ESA.

No diagrama acima da câmara experimental do LISA Pathfinder, duas massas de teste estão alojadas em caixas separadas de eletrodos, onde elas ficam protegidas contra todas as forças externas. Tal como acontece com o LIGO, a distância entre eles é medida com precisão usando interferômetros laser.

E cientistas levaram a caça de ondas gravitacionais para o espaço devido a outro fator: a distância. Livre das restrições espaciais de um pequeno planeta rochoso, podemos posicionar objetos a distâncias muito maiores, e isso aumenta a chance de detectar ondas gravitacionais.

Enquanto o experimento LISA Pathfinder tentará medir a posição relativa de duas massas separadas por apenas 40 cm, um futuro observatório espacial de ondas gravitacionais poderá fazer o mesmo ao longo de centenas de milhares de quilômetros.

Descobertas nunca antes imagináveis

Por que observar as ondas gravitacionais é tão importante? Além de confirmarem boa parte da teoria da relatividade geral de Einstein, as ondas gravitacionais podem ser usadas ​​para sondar alguns dos fenômenos mais misteriosos do cosmos. Bill Weber, cientista do LISA Pathfinder, disse ao Gizmodo que elas são “a forma mais direta de se estudar a grande parte do universo que é escura”.

Os buracos negros, estrelas de nêutrons e outros objetos que não emitem luz são muito difíceis de se estudar diretamente. Mas as ondas gravitacionais, que passam por tais objetos como faca em manteiga, nos oferecem uma janela. Ao sondar o universo escuro com ondas gravitacionais, podemos descobrir novas maravilhas celestes que nunca imaginávamos.

LISA Pathfinder, pronto para lançamento em dezembro de 2015. Via ESA.

Além disso, as ondas gravitacionais agem como impressões digitais dos eventos mais energéticos do universo. Por isso, elas podem nos ajudar a entender como a força da gravidade opera em condições extremas; isto é, próximo ao limite de campo forte. Há muito que não sabemos sobre como a gravidade funciona quando objetos de grande massa dançam um em torno do outro a velocidades próximas à da luz.

Rumores

Boatos sobre a descoberta das ondas gravitacionais circulam desde setembro. Lawrence Krauss, físico da Arizona State University, disse no Twitter que o detector do LIGO havia encontrado as ondas. Em janeiro, ele voltou à rede social para dizer que “o rumor foi confirmado por fontes independentes”.

E este mês, Clifford Burgess – físico teórico da Universidade McMaster (Canadá) – enviou um e-mail para todo o departamento dele relatando que a equipe do LIGO havia encontrado um sinal revelador de dois grandes buracos negros se fundindo. O sinal é real, e é “espetacular”.

De acordo com a Science:

A significância estatística do sinal é supostamente muito elevada, excedendo o padrão de “cinco sigma” que físicos usam para distinguir evidências fortes o suficiente para dizer que é uma descoberta.

O LIGO é composto por dois instrumentos ópticos gigantescos chamados interferômetros, com os quais os físicos procuram o alongamento do espaço quase infinitesimal causado por uma onda gravitacional. De acordo com o e-mail de Burgess, ambos os detectores notaram a fusão de um buraco negro com o atraso de tempo certo entre eles.

O e-mail completo vazou no Twitter. Nele, Burgess afirma que um estudo confirmando a descoberta pode sair na revista Nature em 11 de fevereiro.

O rumor de que o Advanced LIGO pode ter detectado ondas gravitacionais ainda não foi confirmado. E é provável que a comunidade do LIGO não publique resultados tão cedo – essas coisas precisam ser checadas à exaustão, o que leva muito tempo. Mas os físicos estão comovidos com a mera possibilidade disso, o que mostra como a descoberta de ondas gravitacionais tem potencial.

À medida que a sensibilidade do LIGO continua a crescer, e à medida que o LISA Pathfinder se instala em uma órbita estável no ponto L1 Lagrange, podemos esperar muito mais rumores de ondulações no espaço-tempo nos próximos meses.

Primeira imagem por R. Hurt – Caltech/JPL

The post Por que os cientistas estão tão ansiosos para encontrar ondas gravitacionais appeared first on Giz Brasil.