No universo reimaginado de Einstein, o espaço não está silenciosamente vazio e o tempo não avança constantemente. Em vez disso, as poderosas interações gravitacionais de objetos massivos – incluindo buracos negros supermassivos – ondulam continuamente o tecido do espaço e do tempo. A imagem que emerge é um universo semelhante ao oceano perturbado por eventos violentos nos últimos 13 bilhões de anos.
O fundo das ondas gravitacionais descrito pelos astrofísicos não tem força para a existência humana cotidiana. A invenção de perder peso está longe de ser encontrada. Uma onda roxa de gravidade não pode explicar por que você se sente deslocado em alguns dias. Mas oferece uma visão possível da realidade física que todos habitamos.
“Nós medimos o movimento da Terra neste oceano. Ele pulsa ao redor – e pulsa em todas as direções, não apenas para cima e para baixo”, disse Michael Lam, astrofísico do Instituto SETI e membro do North American Nanohertz Observatory (NANOGrav). Na América do Norte. A equipe NANOGrav publicou as descobertas em cinco artigos publicados na quarta-feira no Astrophysical Journal Letters.
Equipes da Europa, Índia, Austrália e China também observaram o fenômeno e planejaram publicar seus estudos ao mesmo tempo. A publicação simultânea de artigos de equipes distantes e concorrentes usando o mesmo método veio apenas após alguma diplomacia científica, sem nenhuma equipe tentando impressionar a outra comunidade astrofísica.
“Passamos os últimos 15 anos trabalhando para detectar o tom baixo das ondas gravitacionais que reverberam por todo o universo e mensuravelmente lavam nossa galáxia”, disse Stephen Taylor, chefe de nanogravidade da Universidade Vanderbilt. Ele disse em entrevista coletiva na terça-feira.
“Estamos muito satisfeitos em anunciar que nosso trabalho duro valeu a pena.”
Descoberta de estrelas mortas
Essa conquista se baseia em descobertas anteriores de pulsares invisíveis nus no Universo. Um pulsar é um tipo de estrela de nêutrons, o remanescente ultradenso de uma estrela morta. É chamado de pulsar porque gira a centenas de velocidades revoluções por segundo e emite ondas de rádio em um pulso constante. Os pulsares só foram descobertos na década de 1960, logo após a descoberta dos grandes radiotelescópios.
Telescópio Green Bank na zona rural de West Virginia, Carl G. no Novo México. Jansky coletou dados de nanogravidade de 68 pulsares usando 27 telescópios do Largest Array e agora telescópios extintos. Laboratório Arecibo em Porto Rico.
Os pulsos desses estranhos objetos atingem telescópios na Terra em frequências previsíveis que atuam como relógios cósmicos, tão precisos quanto os sofisticados relógios atômicos de hoje, disse Chiara Mingarelli, astrofísica de Yale e membro da equipe NanoGrave.
Os teóricos acreditavam que ondas gravitacionais de baixa frequência poderiam atrapalhar a chegada de sinais pulsares. Essas ondulações de baixa frequência podem ter cristas separadas por anos, daí a busca por ondulações sutis no oceano do espaço-tempo. Paciência é necessária. O desvio nos dados do pulsar é tão pequeno que levou 15 anos de observações para chegar a evidências definitivas dessas ondas gravitacionais, disse Mingarelli.
A equipe do NANOGrav emitiu anteriormente relatórios com sugestões preliminares de que o fundo estava presente, mas disse que era necessário mais tempo para aumentar a confiança de que o sinal era real e não apenas ruído.
“Mesmo criar o teste foi um grande salto mental”, disse Mingarelli.
A existência de ondas gravitacionais não é contestada. Em 2016, os cientistas anunciaram que seu ambicioso experimento de quatro décadas, o LIGO, o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, detectou ondas da fusão de dois buracos negros. Mas as ondas recém-relatadas não são maravilhas únicas, e os teóricos estão discutindo com várias explicações possíveis para o motivo pelo qual o oceano cósmico ondula dessa maneira.
Buracos negros supermassivos são a explicação preferida.
A maioria das galáxias tem buracos negros supermassivos perto de seus núcleos. Esses buracos negros certamente merecem o rótulo de “supermassivos”: eles normalmente têm massas equivalentes a milhões ou bilhões de sóis. Em contraste, os buracos negros de “massa estelar” são minúsculos com massas como 10, 20 ou 30 sóis.
As galáxias raramente colidem, mas o universo é tão grande, existem bilhões de galáxias, e elas tiveram muito tempo para passar umas pelas outras. Quando uma galáxia se encontra, dizem os teóricos, buracos negros supermassivos No centro de duas constelações Primeiro ele fará a dança da gravidade. Eles podem orbitar um ao outro por milhões de anos, disse Lam. Essa fusão é chamada de binário de buraco negro supermassivo.
A dança giratória perturba o espaço-tempo o suficiente para criar ondas gravitacionais de frequência muito baixa que viajam pelo universo na velocidade da luz, acreditam os cientistas. Com o tempo, a energia vaza da festa dançante e os buracos negros supermassivos se aproximam, encurtando seu período orbital para algumas décadas. Nesse ponto, os comprimentos de onda começam a atingir frequências detectáveis pela nanogravidade, disse Lam.
“Neste ponto das minhas medições, não podemos dizer com certeza quais fontes estão produzindo o sinal de fundo da onda gravitacional”, disse o membro da equipe NanoGrav Luke Kelly, astrofísico da Universidade da Califórnia, Berkeley, em entrevista coletiva na terça-feira. Ainda assim, disse ele, os dados são um ajuste convincente para as previsões teóricas.
Os teóricos estão “mexendo” com outras possíveis fontes de sinalização de baixa frequência, disse ele. Mas “se os buracos negros supermassivos não vêm de binários, temos que encontrar alguma explicação para onde esses buracos negros supermassivos estão escondidos e por que não vemos suas ondas gravitacionais”.
Independentemente da fonte do sinal, o anúncio do fundo da onda gravitacional representa um marco no campo da astrofísica de ondas gravitacionais.
Assim como alguns astrônomos usam diferentes comprimentos de onda de luz para sondar o universo, agora eles podem procurar por diferentes tipos de ondas gravitacionais. As ondas de baixa frequência relatadas na quarta-feira não podem ser detectadas pelo LIGO, e o oposto é verdadeiro: o NANOGrav e esforços semelhantes usando pulsares falharam em detectar qualquer tipo. Ondas de alta frequência de fusões de buracos negros de massa interestelar inimaginavelmente violentas observadas pelo LIGO.
E o próximo objetivo, disse Lam, é vincular ondas gravitacionais específicas a potenciais binários de buracos negros supermassivos detectados por meio de padrões astronômicos tradicionais. Em outras palavras, em vez de dizer que estamos captando os sinais de muitas ondas, os astrônomos podem dizer que essa onda em particular veio daquele ponto aqui.
Este anúncio tem ecos de outro marco na história da cosmologia. Em 1965, dois físicos do Bell Labs Radiação Cósmica de Fundo em Microondas: Eles relataram ter detectado um sinal de algo previamente teorizado. Essa luminosidade residual forneceu evidências importantes de que o universo foi criado pelo Big Bang.
Maura McLaughlin, co-diretora do NANOGrav Physics Frontiers Center, disse na conferência de terça-feira que o próximo passo é que as equipes internacionais combinem seus dados independentes em um “conjunto de dados super” que mostrará um sinal de gravidade ainda mais claro. Fundo de maré – e a primeira detecção de um binário supermassivo de buraco negro.
“Estamos abrindo uma janela completamente nova para o universo das ondas gravitacionais”, disse ele.
Trabalho, ela disse, deve fornecer uma visão mais profunda sobre as formas pelas quais as galáxias se formam e evoluem. Pode até revelar uma nova física exótica que muda nossa compreensão fundamental do universo: “Deve ser muito, muito emocionante.”