Projeto LIGO: como os lasers podem revelar vislumbres de ondas gravitacionais
Uma vista aérea das instalações do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO) em Livingston, Louisiana. (Crédito da imagem: Caltech / LIGO Laboratory)
( Nota do editor : Agora você pode assistir o documentário completo de 20 minutos, 'LIGO, A Passion for Understanding,' via guesswhozoo.com aqui: LIGO, uma paixão pela compreensão )
As ondulações de violentas colisões cósmicas podem ser sentidas em todo o universo e, graças a um novo detector sensível que deve começar a coletar dados no próximo ano, os cientistas podem ver evidências dessas ondas gravitacionais da Terra pela primeira vez.
Quando duas estrelas de nêutrons (remanescentes de explosões de supernovas) se fundem ou quando um buraco negro se funde com uma estrela de nêutrons, as reverberações da fusão podem se estender por todo o cosmos. A luz, no entanto, apenas nos diz muito. Para saber mais sobre a massa e o movimento da colisão, os astrônomos querem usar ondas gravitacionais , ondulações no espaço-tempo criadas durante essas colisões massivas.
Uma foto de 2005 da instalação do Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO) em Hanford, perto de Richland, Wash.(Crédito da imagem: Caltech / LIGO Laboratory)
No próximo ano, os astrofísicos devem ligar um dos detectores de ondas gravitacionais mais sensíveis já criados. O observatório é denominado Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO, para abreviar). Originalmente, ele teve seis execuções de observação entre 2004 e 2010, e ficou offline por meia década para fazer atualizações. O retorno, dizem seus defensores, valerá a pena. [Fotos: Caçando ondas gravitacionais com o LIGO]
'Isso nos abre para [ver] um grande número de eventos astrofísicos', disse David Reitze, o principal investigador e diretor do Laboratório LIGO. Uma melhoria será uma melhor sensibilidade em frequências mais baixas, o que permitirá aos astrônomos procurar buracos negros entre 100 e 500 vezes a massa do Sol, se eles existirem.
Um novo documentário sobre LIGO, intitulado ' LIGO, uma paixão pela compreensão , 'está programado para estrear no guesswhozoo.com em 15 de abril. Você pode assisti-lo no guesswhozoo.com ou diretamente do cineasta Kai Staats aqui: http://www.kaistaats.com/film/ligo/ .
Usando feixes de laser, os cientistas detectaram as distorções físicas causadas pela passagem das ondas gravitacionais. Veja como o observatório LIGO caça ondas gravitacionais neste infográfico da guesswhozoo.com.(Crédito da imagem: por Karl Tate, artista de infográficos)
Do Big Bang às explosões de grandes estrelas
As ondas gravitacionais chegaram às manchetes em março, quando o instrumento científico BICEP2 (abreviação de Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) encontrou a primeira evidência direta da inflação cósmica, ou a enorme expansão do cosmos que aconteceu logo após o Big Bang.
O LIGO, entretanto, busca ondas em frequências mais altas, na faixa de 10 hertz a 10 kilohertz. As ondas primordiais descobertas pelo BICEP2, disse Reitze, são 20 ordens de magnitude mais baixas em frequência.
Embora o LIGO não tenha sido realmente projetado para procurar ondas primordiais, os cientistas as pesquisaram. Os pesquisadores descreveram o que era então o limite superior mais preciso do fundo das ondas gravitacionais primárias em altas frequências. Os resultados foram publicados em uma edição de 2009 da revista Nature em 2009 (e desde então foram substituídos pelo BICEP2, disse Reitze.)
Outro resultado importante veio quando os cientistas mediram como os pulsares redondos - resquícios superdensos, minúsculos e giratórios de supernovas - rastreavam assimetrias em suas superfícies. 'Se houver uma saliência e a saliência for grande o suficiente, ela gerará uma onda gravitacional', disse Reitze.
As medições do pulsar da Nebulosa do Caranguejo por LIGO não renderam nenhuma 'montanha' com mais de um metro (3,4 pés). “Certos pulsares são ainda melhores, com menos de um milímetro de altura”, acrescentou Reitze.
Massas em movimento geram ondas de radiação gravitacional que expandem e comprimem o espaço-tempo. Veja como as ondas gravitacionais funcionam neste infográfico da guesswhozoo.com.(Crédito da imagem: por Karl Tate, artista de infográficos)
Parando para trens e terremotos
O LIGO consistia originalmente em dois interferômetros (receptores de telescópio que funcionam juntos) em Hanford (perto de Richland, Wash.) E um em Livingston, Louisiana. O LIGO avançado de US $ 205 milhões tem um interferômetro em cada local, com o terceiro indo para algum lugar fora do continente - provável Índia. O governo local está chamando este projeto de 'um dos detectores científicos de marca registrada', disse Reitze, e a avaliação do local está em andamento.
Onde quer que o interferômetro vá, deve ser uma região que não seja muito propensa a terremotos, para que o sensor não se confunda. Apesar da tecnologia de estabilização avançada, tremores acontecem. “E monitoramos o tremor para garantir que não corrompa os dados”, disse Reitze. [ Assista ao trailer de 'LIGO, A Passion for Understanding' ]
Existe um procedimento em Hanford e Livingston para interromper o trabalho científico quando ocorrem terremotos. As observações em Livingston também devem parar temporariamente se um trem de carga com 50 vagões passar por um trilho a cerca de 2,4 quilômetros de distância.
'Existem protocolos automáticos (usando sensores e software) que monitoram terremotos e tiram os interferômetros do' modo de ciência 'durante distúrbios sísmicos de terremotos ', Disse Reitze.
Cada interferômetro funciona injetando um laser em um sistema de vácuo, que divide o feixe ao meio para colocar os feixes resultantes em ângulos retos entre si. Cada feixe vai para espelhos a cerca de 2,5 milhas (4 quilômetros) de distância, que refletem de volta.
As ondas gravitacionais causam distorções minúsculas, mas mensuráveis nos feixes de laser, que causam uma 'mudança no padrão de interferência' nos fotossensores que lêem os reflexos do laser, disse Reitze. 'Em escala comparativa, se você pegar o núcleo de um átomo, pegar seu diâmetro e dividi-lo por 10.000, esse é o tipo de mudança de distância que estamos observando.'
As capacidades do LIGO serão 10 vezes mais sensíveis do que antes na busca por fusões de estrelas binárias de nêutrons, e será mais capaz de detectar muitos outros fenômenos cósmicos também - como buracos negros e supernovas. O principal financiador foi a National Science Foundation, e o California Institute of Technology lidera as operações do laboratório.
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