Os físicos desenvolveram um novo método para detectar ondas gravitacionais de frequência extremamente baixa, potencialmente iluminando o universo primitivo e a natureza dos buracos negros supermassivos. Crédito: SciTechDaily.com
Ondas gravitacionais de frequência mais baixa detectadas em dados de pulsares.
Uma equipe de físicos desenvolveu um método para detectar ondas gravitacionais com frequências tão baixas que poderiam desvendar os segredos por trás das fases iniciais de fusões entre buracos negros supermassivos, os objetos mais pesados do universo.
O método pode detectar ondas gravitacionais que oscilam apenas uma vez a cada mil anos, 100 vezes mais lentamente do que quaisquer ondas gravitacionais medidas anteriormente.
“São ondas que nos chegam dos cantos mais distantes do universo, capazes de afetar a forma como a luz viaja”, disse Jeff Dror, Ph.D., professor assistente de física no Universidade da Flórida e co-autor do novo estudo. “O estudo destas ondas do Universo primitivo irá ajudar-nos a construir uma imagem completa da nossa história cósmica, análoga às descobertas anteriores da radiação cósmica de fundo.”
Dror e seu coautor, o pesquisador de pós-doutorado da Universidade da Califórnia, Santa Cruz, William DeRocco, publicaram suas descobertas em 26 de fevereiro na revista Cartas de revisão física.
Insights sobre a história cósmica
As ondas gravitacionais são semelhantes às ondulações no espaço. Tal como as ondas sonoras ou as ondas do oceano, as ondas gravitacionais variam tanto em frequência como em amplitude, informação que oferece informações sobre a sua origem e idade. As ondas gravitacionais que chegam até nós podem oscilar em frequências extremamente baixas, muito mais baixas do que as ondas sonoras detectáveis pelo ouvido humano. Algumas das frequências mais baixas detectadas no passado eram tão baixas quanto um nanohertz.
“Para referência”, explicou Dror, “a frequência das ondas sonoras criadas pelo rugido de um crocodilo é cerca de 100 mil milhões de vezes mais elevada do que esta frequência – estas são ondas de frequência muito baixa”.
O seu novo método de detecção baseia-se na análise de pulsares, estrelas de neutrões que emitem ondas de rádio em intervalos altamente regulares. Dror levantou a hipótese de que a busca por uma desaceleração gradual na chegada desses pulsos poderia revelar novas ondas gravitacionais. Ao estudar os existentes pulsar dados, Dror foi capaz de procurar ondas gravitacionais com frequências mais baixas do que nunca, aumentando nosso “alcance de audição” para frequências tão baixas quanto 10 picohertz, 100 vezes mais baixas do que esforços anteriores que detectaram ondas de nível nanohertz.
Direções e simulações futuras
Embora ondas gravitacionais com frequências em torno de um nanohertz já tenham sido detectadas antes, não se sabe muito sobre sua origem. Existem duas teorias. A ideia principal é que estas ondas são o resultado de uma fusão entre dois buracos negros supermassivos, o que, se for verdade, daria aos investigadores uma nova forma de estudar o comportamento destes objetos gigantes que se encontram no coração de cada galáxia.
A outra teoria principal é que estas ondas foram criadas por algum tipo de evento cataclísmico no início da história do universo. Ao estudar ondas gravitacionais em frequências ainda mais baixas, eles poderão diferenciar essas possibilidades.
“Olhando para o futuro, o próximo passo é analisar conjuntos de dados mais recentes”, disse Dror. “Os conjuntos de dados que utilizámos foram principalmente de 2014 e 2015, e um grande número de observações de pulsares foram realizadas desde então.”
Dror também planeja executar simulações em dados simulados usando o supercomputador HiPerGator da UF para desvendar ainda mais a história cósmica. O supercomputador pode executar simulações grandes e complexas com eficiência, reduzindo significativamente o tempo necessário para analisar os dados.
Referência: “Using Pulsar Parameter Drifts to Detect Subnanohertz Gravitational Waves” por William DeRocco e Jeff A. Dror, 8 de março de 2024, Cartas de revisão física.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.101403
Este estudo foi apoiado em parte pela National Science Foundation e pelo Departamento de Energia.
