Uma equipe internacional liderada por pesquisadores da Universidade de Minnesota desenvolveu tecnologia avançada de detecção de ondas gravitacionais para enviar alertas 30 segundos após a detecção. Este sistema de notificação rápida auxilia no estudo de estrelas de nêutrons e buracos negros, e na criação de elementos pesados.
Um novo estudo irá melhorar a detecção de ondas gravitacionais – ondulações no espaço e no tempo. Cientistas da Faculdade de Ciências e Engenharia Twin Cities da Universidade de Minnesota co-lideraram a pesquisa com uma equipe internacional.
A pesquisa tem como objetivo enviar alertas a astrônomos e astrofísicos dentro de 30 segundos após a detecção, ajudando a melhorar a compreensão das estrelas de nêutrons e dos buracos negros e de como os elementos pesados, incluindo ouro e urânio, são produzidos.
As descobertas foram publicadas recentemente no Anais da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América (PNAS), uma revista científica revisada por pares e de acesso aberto.
Tecnologia de detecção de ondas gravitacionais
As ondas gravitacionais interagem com o espaço-tempo comprimindo-o em uma direção enquanto o esticam na direção perpendicular. É por isso que os atuais detectores de ondas gravitacionais de última geração têm formato de L e medem os comprimentos relativos do laser usando interferometria, um método de medição que analisa os padrões de interferência produzidos pela combinação de duas fontes de luz. Detecção ondas gravitacionais requer medir o comprimento do laser para medições precisas: equivalente a medir a distância até a estrela mais próxima, a cerca de quatro anos-luz de distância, até a largura de um fio de cabelo humano.
O gráfico mostra quanto tempo os pesquisadores levam para enviar um alerta, em média o tempo de alerta é inferior a 30 segundos. Crédito: Andrew Toivonen
Melhorias na detecção de ondas gravitacionais
Esta pesquisa faz parte do LIGO-Colaboração Virgo-KAGRA (LVK), uma rede de interferômetros de ondas gravitacionais em todo o mundo.
Na última campanha de simulação, foram utilizados dados de períodos de observação anteriores e foram adicionados sinais simulados de ondas gravitacionais para mostrar o desempenho das atualizações de software e equipamentos. O software pode detectar a forma dos sinais, rastrear como o sinal se comporta e estimar quais massas estão incluídas no evento, como estrelas de nêutrons ou buracos negros. As estrelas de nêutrons são as menores e mais densas estrelas conhecidas e são formadas quando estrelas massivas explodem em supernovas.
Alertas em tempo real e avanços observacionais
Assim que este software detecta um sinal de onda gravitacional, ele envia alertas aos assinantes, que geralmente incluem astrônomos ou astrofísicos, para comunicar onde o sinal estava localizado no céu. Com as atualizações neste período de observação, os cientistas conseguem enviar alertas com mais rapidez, menos de 30 segundos, após a detecção de uma onda gravitacional.
“Com este software, podemos detectar a onda gravitacional de Estrêla de Neutróns colisões que normalmente são muito fracas para serem vistas, a menos que saibamos exatamente para onde olhar”, disse Andrew Toivonen, Ph.D. estudante da Escola de Física e Astronomia Twin Cities da Universidade de Minnesota. “Detectar primeiro as ondas gravitacionais ajudará a localizar a colisão e ajudará os astrônomos e astrofísicos a concluir mais pesquisas.”
Astrônomos e astrofísicos poderiam usar essas informações para entender como as estrelas de nêutrons se comportam, estudar as reações nucleares entre a colisão de estrelas de nêutrons e buracos negros e como os elementos pesados, incluindo ouro e urânio, são produzidos.
Esta é a quarta execução de observação usando o Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro Laser (LIGO), e será observada até fevereiro de 2025. Entre os últimos três períodos de observação, os cientistas fizeram melhorias na detecção de sinais. Após o término dessa execução de observação, os pesquisadores continuarão a analisar os dados e a fazer melhorias adicionais com o objetivo de enviar alertas ainda mais rapidamente.
Referência: “Produtos de alerta de ondas gravitacionais de baixa latência e seu desempenho durante a quarta execução de observação LIGO-Virgo-KAGRA” por Sushant Sharma Chaudhary, Andrew Toivonen, Gaurav Waratkar, Geoffrey Mo, Deep Chatterjee, Sarah Antier, Patrick Brockil, 2005; W. Coughlin, Reed Essick, Shaon Ghosh, Soichiro Morisaki, Pratyusava Baral, Amanda Baylor, Naresh Adhikari, Patrick Brady, Gareth Cabourn Davies, Tito Dal Canton, Marco Cavaglia, Jolien Creighton, Sunil Choudhary, Yu-Kuang Chu, Patrick Clearwater, Luke Davis, Thomas Dent, Marco Drago, Becca Ewing, Patrick Godwin, Weichangfeng Guo, Chad Hanna, Rachael Huxford, Ian Harry, Erik Katsavounidis, Manoj Kovalam, Alvin KY Li, Ryan Magee, Ethan Marx, Duncan Meacher, Cody Messick Xan Morice -Atkinson, Alexander Pace, Roberto De Pietri, Brandon Piotrzkowski, Soumen Roy, Surabhi Sachdev, Leo P. Singer, Divya Singh, Marek Szczepanczyk, Daniel Tang, Max Trevor, Leo Tsukada, Veronica Villa-Ortega, Linqing Wen e Daniel Wysocki, 23 de abril de 2024, Anais da Academia Nacional de Ciências.
DOI: 10.1073/pnas.2316474121
O artigo multiinstitucional incluiu Michael Coughlin, professor assistente da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Minnesota, além de Toivonen.
LIGO é financiado pela National Science Foundation e operado pela Caltech e COM. Mais de 1.200 cientistas e cerca de 100 instituições de todo o mundo participam no esforço através do Colaboração Científica LIGO.
