Interferômetros LIGO e Virgem retomam observações de ondas gravitacionais

Ontem, 10 de abril de 2024, às 19:00 (horário de Moscou), os detectores LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) na América e Virgo na Itália serão ligados novamente e permanecerão ligados até fevereiro de 2025.

De fato, inicia-se um novo ciclo de observações, o 04b, durante o qual interferômetros escutarão o cosmos, procurando sinais de ondas gravitacionais, pulsações do espaço-tempo geradas por eventos cósmicos particularmente energéticos.

O último ciclo, 04a, começou em 24 de maio de 2023 e terminou em 16 de janeiro de 2024, mas apenas o LIGO estava ativo nele. Agora, Virgem, localizada em Caskina, na província de Pisa, na Itália, assumirá o controle. Antes do final da sessão de observação, o interferômetro KAGRA (KAmioka GRAvitational Wave Detector) também chegará ao Japão.

De Einstein ao primeiro sinal

As ondas gravitacionais foram previstas em 1916 como soluções ondulatórias para a equação de campo linearizado de Einstein como parte da teoria da relatividade geral de Albert Einstein. De acordo com essa teoria, a curvatura e a distorção do espaço-tempo estão relacionadas à distribuição de massa e energia. Portanto, durante eventos cósmicos, quando massas enormes mudam sua distribuição abruptamente (por exemplo, em uma explosão de supernova ou uma colisão de objetos compactos), o espaço-tempo experimenta flutuações.

Ilustração artística de dois buracos negros girando juntos e criando ondas gravitacionais no processo.

Essa onda de choque se propaga em ondas, e o sinal, que é uma forma de radiação, pode ser detectado. LIGO e Virgem consistem em braços perpendiculares de 3-4 km de comprimento - túneis através dos quais os feixes de laser passam. À medida que as ondas gravitacionais viajam pela Terra, elas distorcem o espaço-tempo, alterando quase imperceptivelmente o comprimento dos braços. O detector mede a diferença de fase entre os feixes de laser refletidos pelos espelhos nas extremidades dos braços e, assim, mede as ondas gravitacionais.

A primeira detecção ocorreu em 14 de setembro de 2015 às 12:50:45 horário de Moscou, com LIGO e Virgem coincidindo no tempo em 10 milissegundos. O anúncio dessa descoberta foi feito em 11 de fevereiro de 2016.

O sinal detectado pelo LIGO e Virgo foi a observação de uma onda emitida na última fração de segundo da fusão de dois buracos negros com cerca de 1,3 bilhão de anos-luz de diferença.

LIGO e Virgem também se juntarão ao KAGRA

Com o tempo, nasceu a International Gravitational Wave Observatory Network (IGWN). Esta é uma rede de interferômetros de ondas gravitacionais, parte da qual são LIGO, Virgo, o interferômetro KAGRA no Japão e o Geo600 na Alemanha, bem como a futura instalação LIGO na Índia.

O programa de observação para todos esses detectores é dividido em ciclos de observação, períodos de inatividade para construção e comissionamento e ciclos de transição entre os ciclos de comissionamento e observação. Durante os ciclos de observação, haverá períodos de atividade coordenada entre diferentes observatórios.

No Ciclo 04b, LIGO, Virgem e KAGRA colaborarão. Os dois primeiros serão comissionados hoje às 15:00 UTC. O KAGRA também deveria se juntar ao projeto hoje, no entanto, seu comissionamento teve que ser adiado devido a um terremoto de magnitude 7,6 na Península de Noto em 1º de janeiro de 2024, a 120 km do local de KAGRA.

Os danos no túnel, no sistema de vácuo e no sistema criogénico foram pequenos, mas 9 dos 20 sistemas de suspensão espelhada precisam de reparação, o que exigirá um atraso de pelo menos seis meses em relação ao plano anterior, escreve o EGO (Observatório Gravitacional Europeu).

Um dos dois túneis do interferômetro KAGRA no Japão durante sua construção. Em primeiro plano está o tubo de vácuo de um dos braços do interferômetro a laser.

Objetivos deste ciclo

Até o final do ciclo, previsto para uma data ainda a ser acordada em fevereiro de 2025, o LIGO e o Virgo pretendem medir pelo menos 200 sinais de ondas gravitacionais. Os cientistas esperam ser capazes de detectar eventos com vários mensageiros que registrarão não apenas o sinal de uma onda gravitacional, mas também a capacidade de usar outros telescópios na Terra ou no espaço para medir o sinal de luz associado ao evento que gerou essa onda.

A presença de Virgem pode fazer uma grande diferença, mas a modernização dos instrumentos também. Durante esses três meses de operação, os detectores LIGO em Hanford, Washington, e Livingston, Louisiana, passaram por manutenção e modificações. Em particular, os sistemas ópticos que enviam radiação laser foram aprimorados, bem como os sistemas de rastreamento e isolamento de fontes de ruído em câmaras de vácuo nas salas experimentais nas extremidades dos braços de 4 quilômetros.

Novos modelos de sinais mais precisos e melhores métodos de análise de dados também aumentarão as chances de que novas e interessantes informações surjam da análise de dados, por exemplo, úteis para expandir nosso conhecimento do fundo estocástico das ondas gravitacionais causado pela superposição aleatória de ondas gravitacionais geradas nos estágios iniciais do nascimento do universo.

A duração prevista do ciclo 04 é de um total de 18 meses, sem contar a pausa de janeiro até os dias atuais para comissionamento. Somente nos primeiros sete meses e meio, o LIGO identificou 81 candidatos altamente prováveis para um evento gravitacional. Uma enorme quantidade de dados coletados ainda está sendo analisada.