Agora vivemos em um universo cheio de ondas gravitacionais.
Antes da declaração histórica na quinta-feira de manhã da reunião da National Science Foundation (NSF) em Washington, havia apenas rumores de que o Observatório de Ondas Gravitacionais Interferométricas a Laser (LIGO) abriu um componente chave da Teoria Geral da Relatividade de Albert Einstein, mas agora sabemos que a realidade é mais profunda do que pensamos.
Com incrível clareza, o LIGO pôde “ouvir” o momento anterior à fusão do sistema binário buracos negros (dois buracos negros girando um ao outro) em um único conjunto, criando um sinal de onda gravitacional claro de acordo com um modelo teórico que discussão exigida. O LIGO testemunhou o "renascimento" de um poderoso buraco negro que aconteceu há cerca de 1,3 bilhão de anos.
As ondas gravitacionais sempre foram e sempre serão, passando pelo nosso planeta (de fato, passando por nós), mas só agora sabemos como encontrá-las. Agora nós abrimos nossos olhos para vários sinais cósmicos, vibrações causadas por eventos de energia conhecidos, e estamos testemunhando o nascimento de um campo completamente novo de astronomia.
O som de dois buracos negros se fundindo:
"Agora podemos ouvir o Universo", disse Gabriela González, física e representante do Ligo, durante a reunião triunfal desta quinta-feira. "A descoberta marcou o início de uma nova era: o campo da astronomia gravitacional é agora uma realidade."
Nosso lugar no Universo está mudando muito e essa descoberta pode ser fundamental, como a descoberta de ondas de rádio e a compreensão de que o Universo está se expandindo.
A teoria da relatividade se torna mais razoável
Tentativas de explicar o que são ondas gravitacionais e por que são tão importantes, tão complexas quanto as equações que as descrevem, mas sua descoberta não apenas fortalece a teoria da natureza do espaço-tempo de Einstein, mas agora temos uma ferramenta para sentir uma parte do Universo que era invisível nós Agora podemos estudar ondas cósmicas criadas pelos eventos mais energéticos que ocorrem no Universo e, possivelmente, usar ondas gravitacionais para novas descobertas físicas e explorar novos fenômenos astronômicos.
"Agora temos que provar que temos a tecnologia para ir além da descoberta das ondas gravitacionais, porque abre muitas oportunidades", disse Lewis Lehner, do Instituto de Física Teórica de Ontário, em entrevista após o comunicado divulgado na quinta-feira.
A pesquisa de Lener se concentra em objetos densos (como buracos negros) que criam ondas gravitacionais poderosas. Embora ele não esteja associado à cooperação do LIGO, Lehner percebeu rapidamente a importância dessa descoberta histórica. "Não há sinais melhores", disse ele.
A descoberta é baseada em três maneiras, ele raciocina. Primeiro, sabemos agora que existem ondas gravitacionais e sabemos como detectá-las. Em segundo lugar, o sinal detectado pelas estações LIGO em 14 de setembro de 2015 é uma forte indicação da existência de um sistema binário de buracos negros, e cada buraco negro pesa várias dezenas de massas solares. O sinal é exatamente o que esperávamos ver como resultado da fusão de dois buracos negros, um pesa 29 vezes o Sol e o outro 36 vezes. Em terceiro lugar, e talvez o mais importante, “a possibilidade de enviar para um buraco negro” é definitivamente a prova mais forte da existência de buracos negros.
Intuição cósmica
Este evento foi acompanhado pela sorte, como muitas outras descobertas científicas. O LIGO é o maior projeto financiado pela National Science Foundation, que foi lançado inicialmente em 2002. Descobriu-se que depois de muitos anos procurando o indescritível sinal das ondas gravitacionais, o LIGO não é sensível o suficiente e em 2010 os observatórios congelaram, enquanto a cooperação internacional trabalha para aumentar sua sensibilidade. Cinco anos depois, em setembro de 2015, nasceu o “melhor LIGO”.
Naquela época, Kip Thorn, co-fundador do LIGO e peso pesado em física teórica, estava confiante no sucesso do LIGO, dizendo à BBC: “Estamos aqui. Nós batemos o grande jogo de arremesso. E está claro que vamos levantar o véu do segredo. ”E ele estava certo, poucos dias após a reconstrução, uma onda de ondas gravitacionais rolou pelo nosso planeta, e o LIGO foi sensível o suficiente para detectá-las.
Essas fusões de buraco negro não são consideradas nada de especial; de acordo com estimativas aproximadas, tais eventos ocorrem a cada 15 minutos em algum lugar do Universo. Mas foi justamente essa fusão que ocorreu no lugar certo (a uma distância de 1,3 bilhão de anos-luz) na hora certa (1,3 bilhões de anos atrás) a ser capturada pelos observatórios do LIGO. Era um sinal puro do universo, e Einstein previu isso, e suas ondas gravitacionais se revelaram reais, descrevendo um evento cósmico, 50 vezes mais poderoso que o poder de todas as estrelas do universo combinadas. Essa enorme explosão de ondas gravitacionais foi registrada pelo LIGO como um sinal de alta frequência com uma modulação de frequência linear, enquanto buracos negros, movendo-se em espiral, se fundiram em um. Para confirmar a propagação das ondas gravitacionais, o LIGO consiste de duas estações de observação, uma na Louisiana e outra em Washington. Para eliminar falsos positivos, o sinal de ondas gravitacionais deve ser detectado em ambas as estações. 14 de setembro, o resultado foi obtido primeiro em Louisiana, e depois de 7 milissegundos em Washington. Os sinais combinaram e, com a ajuda da triangulação, os físicos puderam descobrir que se originaram no espaço celestial do hemisfério sul.
Ondas gravitacionais: como elas podem ser úteis?
Então, temos a confirmação do sinal de fusão do buraco negro, e daí? Esta é uma descoberta histórica, o que é perfeitamente compreensível - 100 anos atrás, Einstein não podia sequer sonhar em encontrar essas ondas, mas ainda assim aconteceu.
A teoria geral da relatividade foi uma das mais profundas percepções científicas e filosóficas do século XX e constitui a base da pesquisa mais inteligente na realidade. Na astronomia, as aplicações da relatividade geral são claras: desde uma lente gravitacional até a medição da expansão do Universo. Mas a aplicação prática das teorias de Einstein não é clara, mas a maioria das tecnologias modernas usa lições da teoria da relatividade em algumas coisas que são consideradas simples. Por exemplo, pegue satélites de navegação global, eles não serão precisos o suficiente se você não aplicar um ajuste de dilatação de tempo simples (previsto pela teoria da relatividade).
É claro que a relatividade geral tem aplicações no mundo real, mas quando Einstein apresentou sua teoria em 1916, sua aplicação era altamente questionável, o que parecia óbvio. Ele simplesmente conectou o Universo, da maneira como o viu, e a teoria geral da relatividade nasceu. E agora outro componente da teoria da relatividade foi provado, mas como ondas gravitacionais podem ser usadas? Astrofísicos e cosmólogos estão definitivamente intrigados. "Depois de coletarmos dados de pares de buracos negros que farão o papel de faróis espalhados pelo universo", disse o físico teórico Neil Turok, diretor do Instituto de Física Teórica na quinta-feira durante uma apresentação em vídeo. a expansão do universo, ou a quantidade de energia escura com extrema precisão, é muito mais precisa do que podemos hoje ”.
“Einstein desenvolveu sua teoria com algumas pistas da natureza, mas com base em uma sequência lógica. Depois de 100 anos, você vê evidências muito precisas de suas previsões ”.
Além disso, o evento de 14 de setembro tem algumas características da física que ainda precisam ser investigadas. Por exemplo, Lehner observou que, a partir da análise de um sinal de onda gravitacional, pode-se medir a “rotação” ou o momento angular de um buraco negro. "Se você está trabalhando na teoria há muito tempo, deve saber que o buraco negro tem uma rotação muito especial", disse ele.
A formação de ondas gravitacionais com a fusão de dois buracos negros:
Por alguma razão, a rotação final do buraco negro é mais lenta do que o esperado, indicando que os buracos negros colidem em baixa velocidade, ou eles estavam em uma colisão que causou um momento angular conjunto opondo-se um ao outro. “É muito interessante, por que a natureza fez isso?”, Disse Lehner.
Este mistério recente pode retornar a alguns fundamentos da física, que não foram levados em conta, mas, mais intrigantemente, pode revelar uma "nova" física incomum, que não se encaixa na teoria geral da relatividade. E isso revela outras aplicações das ondas gravitacionais: uma vez que são criadas por fortes fenômenos gravitacionais, temos a oportunidade de sondar esse meio de longe, com possíveis surpresas no caminho. Além disso, poderíamos combinar observações de fenômenos astrofísicos com forças eletromagnéticas para entender mais a estrutura do Universo.
Aplicação?
Naturalmente, depois dos enormes anúncios feitos a partir de um complexo de descobertas científicas, muitas pessoas de fora da comunidade científica estão interessadas em como podem afetá-las. A profundidade da descoberta pode ser perdida, o que, claro, se aplica a ondas gravitacionais. Mas, considerando outro caso em que Wilhelm Roentgen descobriu os raios X em 1895, durante experimentos com tubos de raios catódicos, poucas pessoas sabem que apenas alguns anos depois, essas ondas eletromagnéticas se tornarão um componente chave na medicina cotidiana, do diagnóstico ao tratamento. Da mesma forma, a primeira criação experimental de ondas de rádio em 1887, Heinrich Hertz confirmou as conhecidas equações eletromagnéticas de James Clerk Maxwell. Somente no tempo dos anos 90 do século XX, Guglielmo Marconi, que criou um transmissor de rádio e um receptor de rádio, provou sua aplicação prática. Além disso, as equações de Schrödinger descrevendo o mundo complexo da dinâmica quântica são agora usadas no desenvolvimento da computação quântica ultra-rápida.
Engenheiro LIGO avalia poluição polimérica
Todas as descobertas científicas são úteis e muitas, em última análise, têm uso cotidiano, o que tomamos como certo. Atualmente, a aplicação prática de ondas gravitacionais é limitada a astrofísica e cosmologia - agora temos uma janela no “Universo escuro”, que não é visível para a radiação eletromagnética. Sem dúvida, cientistas e engenheiros encontrarão outro uso para essas pulsações cósmicas, além de sentir o Universo. No entanto, para detectar essas ondas, deve haver um bom progresso na tecnologia óptica no LIGO, em que novas tecnologias aparecerão ao longo do tempo. Claro, a detecção de ondas gravitacionais - o triunfo da humanidade, que ajudará a explorar o nosso universo para as gerações futuras. Esta é definitivamente uma época de ouro para a ciência, na qual as descobertas históricas se tornaram comuns. E nós temos o potencial intelectual para criar um modelo do Universo e provar experimentalmente nosso caso.
Mas para mim, o mais excitante é ver os primeiros mapas gravitacionais do espaço, onde o zumbido periódico das estrelas de nêutrons e as erupções impulsivas de supernovas são traçadas, abrindo um novo Universo cheio de ondas cósmicas.
