Descoberta pode ajudar cientistas a entender melhor fenômenos cósmicos como buracos negros supermassivos e a frequência com que as galáxias se fundem
Por: CNN
Astrônomos conseguiram “ouvir” o zumbido celestial de poderosas ondas gravitacionais, criadas por colisões entre buracos negros, ecoando pelo universo pela primeira vez.
As suas observações revelam que as ondas – incluindo algumas que ondulam lentamente à medida que passam pela nossa Via Láctea – ocorrem em diferentes frequências e oscilam durante décadas.
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A descoberta pode ajudar os cientistas a entender melhor fenômenos cósmicos como buracos negros supermassivos e a frequência com que as galáxias se fundem.
As ondas gravitacionais, inicialmente previstas por Albert Einstein em 1916, são ondulações no espaço-tempo que foram detectadas pela primeira vez em 2015.
Os astrônomos encontraram as ondas rastreando pulsares, ou os densos remanescentes de núcleos pertencentes a estrelas massivas depois que elas explodiram em uma supernova, através da Via Láctea.
Os pulsares são como faróis estelares, girando rapidamente e liberando feixes de ondas de rádio que parecem “pulsar” quando vistos através de telescópios baseados na Terra. Os pulsares podem girar centenas de vezes por segundo, e a precisão estável dos pulsos os torna tão confiáveis quanto os relógios cósmicos.
Quando as ondas gravitacionais passam entre a Terra e um pulsar, o tempo das ondas de rádio do pulsar é interrompido. Einstein teorizou que as ondas gravitacionais se estendem e comprimem o espaço à medida que se movem pelo universo, afetando a forma como as ondas de rádio viajam. Isso significa que alguns dos pulsos chegam à Terra uma fração de segundo antes ou depois do esperado.
Mais de 190 cientistas decidiram descobrir as frequências das ondas gravitacionais como parte da colaboração do North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves, também conhecido como NANOGrav.
Eles rastrearam as ondas de rádio de mais de 60 pulsares por 15 anos usando três grandes radiotelescópios: o Observatório de Arecibo em Porto Rico (que não está mais operacional), o Green Bank Telescope na Virgínia Ocidental e o Very Large Array no Novo México.
Suas descobertas aparecem em um estudo publicado na quarta-feira no The Astrophysical Journal Letters.
Procurando por um coro celestial
As ondas gravitacionais recém-detectadas são as mais poderosas já medidas. Eles provavelmente foram causados por colisões de buracos negros supermassivos e carregam cerca de um milhão de vezes mais energia do que os eventos singulares detectados nos últimos anos que resultaram de fusões de buracos negros ou estrelas de nêutrons.
“É como um coro, com todos esses pares de buracos negros supermassivos tocando em diferentes frequências”, disse a coautora do estudo e cientista da NANOGrav Chiara Mingarelli, professora assistente de física na Universidade de Yale, em um comunicado. “Esta é a primeira evidência do fundo de ondas gravitacionais. Abrimos uma nova janela de observação do universo.”
O fundo da onda gravitacional, um tipo de ruído cósmico que há muito foi teorizado, mas nunca detectado, é composto por ondas gravitacionais de frequência ultrabaixa. À medida que os buracos negros colidem pelo universo, todas essas ondas vibram e ressoam juntas ao fundo.
As ondas gravitacionais viajam na velocidade da luz, mas os astrônomos perceberam que uma única ascensão e queda de uma das ondas poderia levar anos ou décadas para passar devido ao efeito de ondulação do espaço-tempo.
“Estamos usando um detector de ondas gravitacionais do tamanho da galáxia que é feito de estrelas exóticas (pulsares), o que simplesmente me surpreende”, disse o coautor do estudo, Dr. Scott Ransom, astrônomo da equipe do National Radio Astronomy Observatory, em uma declaração.
“Nossos dados anteriores nos diziam que estávamos ouvindo algo, mas não sabíamos o quê. Agora sabemos que é música vinda do universo gravitacional. Enquanto continuamos ouvindo, provavelmente seremos capazes de captar as notas dos instrumentos que tocam nesta orquestra cósmica”, disse Ransom.
“Combinar esses resultados de ondas gravitacionais com estudos da estrutura e evolução das galáxias revolucionará nossa compreensão da história do nosso Universo.”
Colisões cataclísmicas
Os cientistas acreditam que os buracos negros supermassivos são os principais responsáveis pela criação do fundo das ondas gravitacionais. Buracos negros supermassivos existem nos centros da maioria das grandes galáxias. Mas, à medida que as galáxias se fundem, seus buracos negros começam a orbitar ums ao outros.
Esses objetos maciços, contendo bilhões de vezes a massa do nosso sol, dançam até colidirem. Quando o fazem, as ondulações se espalham da galáxia hospedeira e eventualmente atingem a nossa.
Estima-se que existam centenas de milhares, ou talvez milhões, de pares de buracos negros supermassivos em todo o universo.
“Em um ponto, os cientistas estavam preocupados que os buracos negros supermassivos em binários iriam orbitar um ao outro para sempre, nunca chegando perto o suficiente para gerar um sinal como este”, disse o coautor do estudo Dr. Luke Kelley, professor adjunto assistente de astronomia na Universidade de California, Berkeley, e presidente do grupo de astrofísica NANOGrav, em um declaração.
“Mas agora finalmente temos fortes evidências de que muitos desses binários extremamente massivos e próximos existem”, disse Kelley. “Uma vez que os dois buracos negros se aproximam o suficiente para serem vistos por matrizes de tempo de pulsar, nada pode impedi-los de se fundirem em apenas alguns milhões de anos.”
Mas os pesquisadores reconhecem que não é impossível que existam múltiplas origens para o fundo da onda gravitacional, assim como existem explicações alternativas de como o universo começou. A equipe continuará estudando o fundo das ondas gravitacionais e tentará isolar fontes individuais para determinar suas origens.
“O fundo da onda gravitacional é cerca de duas vezes mais alto do que eu esperava”, disse Mingarelli. “É realmente o limite superior do que nossos modelos podem criar apenas a partir de buracos negros supermassivos. O que vem a seguir é tudo. Isto é apenas o começo.”
Além disso, cientistas que usam telescópios na Europa, Índia, China e Austrália relataram descobertas semelhantes também divulgadas na quarta-feira. A combinação de dados do NANOGrav com colaboradores internacionais pode fornecer uma imagem mais ampla do fundo das ondas gravitacionais, disseram os pesquisadores.
“Nossos dados combinados serão muito mais poderosos”, disse o coautor do estudo Stephen Taylor, professor assistente de física e astronomia na Vanderbilt University, que atualmente preside a colaboração NANOGrav, em um comunicado. “Estamos ansiosos para descobrir quais segredos eles revelarão sobre nosso universo.”
