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    Ondas gravitacionais detectadas pela terceira vez,
    Revelando outra colisão no buraco negro A concepção deste artista mostra dois buracos negros se fundindo semelhantes aos detectados pelo LIGO. Os buracos negros estão girando de forma não alinhada, o que significa que eles têm orientações diferentes em relação ao movimento orbital geral do par. LIGO / Caltech / MIT / Estado de Sonoma (Aurore Simonnet)

    Pela terceira vez, os cientistas detectaram um estrondo no espaço-tempo causado por uma violenta colisão de dois buracos negros. O Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) fez a detecção, determinando que os dois buracos negros se fundiram para criar um grande buraco negro em uma galáxia a cerca de 3 bilhões de anos-luz de distância.

    "Observamos - no dia 4 de janeiro, 2017 - outra coalescência binária de buraco negro-buraco negro maciço; a espiral e fusão de buracos negros 20 e 30 vezes a massa do nosso sol, "Dave Shoemaker, um cientista pesquisador sênior que trabalha no Massachusetts Institute of Technology (MIT) e porta-voz da LIGO Scientific Collaboration, disse a repórteres durante uma coletiva de imprensa especial na quarta-feira (31 de maio).

    Este colapso gigantesco de um buraco negro criou um buraco negro giratório ainda mais massivo, aproximadamente 49 vezes a massa do nosso sol. Num instante, a massa equivalente ao dobro do nosso sol foi convertida diretamente em ondas gravitacionais - produzindo brevemente mais energia do que toda a energia que é irradiada como luz por todas as galáxias do universo a qualquer momento, Cientistas do LIGO dizem.

    Os detalhes da detecção foram publicados na revista Physical Review Letters.

    Terceira vez é um charme

    Depois de muitos anos de planejamento, desenvolvimento e construção, O LIGO fez suas primeiras observações em 2002. No entanto, não foi até 14 de setembro, 2015, que a primeira detecção histórica de ondas gravitacionais - um evento denominado "GW150914" - foi feita. Isso aconteceu depois que o LIGO passou por atualizações (conhecidas como LIGO Avançado) para aumentar sua sensibilidade. Então, uma segunda detecção ("GW151226") ocorreu alguns meses depois de dezembro, confirmando que a primeira descoberta não foi por acaso.

    Agora, a Colaboração Científica LIGO - que consiste em mais de mil cientistas ao redor do mundo - confirmou a terceiro detecção de onda gravitacional ("GW170104"), o que significa que estamos à beira de um tipo completamente novo de astronomia.

    Todas as ondas gravitacionais detectadas até agora foram criadas pela colisão de buracos negros de massa estelar de tamanhos variados. Esses são buracos negros que têm algumas a algumas dezenas de vezes a massa do nosso Sol, provavelmente formados pela morte de estrelas muito massivas depois que ficaram sem combustível e explodiram como supernovas bilhões de anos atrás. O LIGO avançado atingiu uma encruzilhada em nossa pesquisa de ondas gravitacionais, finalmente alcançando uma sensibilidade que pode detectar quando buracos negros muito distantes colidem, criando ondas gravitacionais fracas que agora sabemos que preenchem nosso universo.

    Os eventos de 2015 foram causados ​​por fusões que criaram buracos negros a 62 e 21 massas solares em galáxias a 1,3 e 1,4 bilhões de anos-luz de distância, respectivamente. (Nota:como as ondas gravitacionais viajam na velocidade da luz, essas fusões aconteceram 1,3 e 1,4 bilhões de anos atrás .) Esta última detecção originou-se de uma fusão que criou um buraco negro de 49 massas solares (outro buraco negro "pesado" como o primeiro), mas a fusão aconteceu duas vezes mais distante do que eventos anteriores.

    "O que isso significa é que agora temos um segundo candidato na categoria de buracos negros" pesados ​​", "diz Bangalore Sathyaprakash, da Penn State e da Cardiff University e membro da LIGO Scientific Collaboration.

    O LIGO descobriu uma nova população de buracos negros com massas maiores do que as que haviam sido vistas antes apenas com estudos de raios-X (roxo). As três detecções confirmadas pelo LIGO (GW150914, GW151226, GW170104), e uma detecção de baixa confiança (LVT151012), apontam para uma população de buracos negros binários de massa estelar que, uma vez fundido, são maiores do que 20 massas solares - maiores do que o que era conhecido antes. LIGO / Caltech / Sonoma State (Aurore Simonnet)

    Isso é importante porque, antes do LIGO fazer sua primeira detecção (um buraco negro de massa solar de 62) e sua mais recente (um buraco negro de massa solar de 49), não havia nenhuma evidência observacional de que esses grandes buracos negros sequer existissem. Esta é uma descoberta inicial incrível. Os cientistas revelaram um novo tipo de grande buraco negro em apenas três detecções.

    As coisas estão prestes a ficar ainda mais emocionantes à medida que o LIGO passa por atualizações mais planejadas e outros observatórios se juntam à caça às ondas gravitacionais.

    "Devemos esperar para ver um evento de fusão binária por dia, uma vez que a sensibilidade projetada do LIGO for alcançada, "diz Sathyaprakash.

    Um Laboratório Astrofísico

    Quando ondas gravitacionais são detectadas, as condições dos buracos negros em colisão no momento da fusão podem ser estudadas.

    "Em nossa análise, não podemos medir os spins dos buracos negros individuais muito bem, mas podemos dizer se os buracos negros estão geralmente girando na mesma direção do movimento orbital, "diz a astrofísica Laura Cadonati, Porta-voz adjunto do LIGO Scientific Collaboration da Georgia Tech.

    Mas uma ideia da rotação de um buraco negro individual em relação ao outro pode ser descoberta estudando a "impressão digital" do sinal da onda gravitacional, diz Cadonati.

    Modelos teóricos de fusão de buracos negros indicam que, se os spins dos dois buracos negros não estiverem alinhados, o evento de mesclagem acontecerá mais rápido do que se os giros estiverem alinhados. Também, oscilações adicionais no sinal são previstas à medida que dois buracos negros alinhados por spin se aproximam e começam a se fundir.

    Os buracos negros alinhados ao spin eram provavelmente estrelas irmãs. Ambos teriam nascido de estrelas massivas que evoluíram em estreita proximidade em antigas fábricas de estrelas como um par binário, eventualmente morrendo como supernovas.

    Mas neste evento mais recente, a fusão ocorreu de forma relativamente rápida e nenhuma oscilação adicional foi observada, o que significa que os dois buracos negros eram prováveis não alinhado por spin e provavelmente não se formaram juntos. Isso dá uma pista de sua origem:em vez de ser formada por estrelas binárias irmãs, eles eram estranhos e evoluíram de forma independente, derivando um em direção ao outro no centro de um aglomerado estelar denso onde eles finalmente se fundiram.

    "Isso tem implicações para a astrofísica ... embora não possamos dizer com certeza, esta descoberta provavelmente favorece a teoria de que esses dois buracos negros se formaram separadamente em um aglomerado estelar denso, afundou no núcleo do cluster e, em seguida, emparelhou, em vez de serem formados juntos a partir do colapso de duas estrelas já emparelhadas, "acrescenta Cadonati.

    Como os buracos negros são monstros gravitacionais, eles são governados pela relatividade geral de Einstein, então, ao estudar as ondas gravitacionais que eles produzem quando colidem, os cientistas também podem estudar as ondas por um efeito conhecido como "dispersão". Por exemplo, quando a luz viaja através de um prisma, os diferentes comprimentos de onda viajarão em velocidades diferentes através do vidro. Isso causa dispersão no feixe de luz - este é o mecanismo que cria um arco-íris.

    A relatividade geral proíbe que a dispersão aconteça com as ondas gravitacionais, Contudo. Este último sinal viajou através de um recorde de 3 bilhões de anos-luz de espaço-tempo para chegar à Terra, e o LIGO não detectou nenhum efeito de dispersão.

    "Parece que Einstein estava certo - mesmo para este novo evento, que está cerca de duas vezes mais longe do que nossa primeira detecção, "diz Cadonati em um comunicado." Não podemos ver nenhum desvio nas previsões da relatividade geral, e essa distância maior nos ajuda a fazer essa afirmação com mais confiança. "

    Uma nova janela para o 'universo escuro'

    A famosa teoria da relatividade geral de Einstein prevê a existência de ondas gravitacionais, mas a humanidade levou mais de um século para desenvolver o know-how tecnológico para construir um detector sensível o suficiente para detectá-los. Quando ocorre um evento energético (como uma fusão de buraco negro ou colisão de estrela de nêutrons), o espaço-tempo torna-se violentamente perturbado e a energia é retirada do evento na forma de ondas gravitacionais - como ondulações que viajam pela superfície da água depois de jogar uma pedra em um lago.

    Uma simulação matemática do espaço-tempo deformado perto de dois buracos negros que se fundem, consistente com a observação de LIGO do evento apelidado de GW170104. As faixas coloridas são picos e depressões de ondas gravitacionais, com as cores ficando mais brilhantes à medida que a amplitude da onda aumenta. Colaboração LIGO / Caltech / MIT / SXS

    Mas para detectar essas ondas, os astrônomos precisam construir um observatório que possa detectar oscilações incrivelmente minúsculas na estrutura do espaço-tempo à medida que essas ondas viajam pelo nosso planeta. As ondas gravitacionais não fazem parte do espectro eletromagnético; eles não podem ser detectados por telescópios comuns que são sensíveis apenas à luz.

    Para abrir a janela para este "universo escuro, "os físicos constroem detectores de ondas gravitacionais como o LIGO, que refletem lasers incrivelmente precisos ao longo de túneis em forma de" L "de 4 quilômetros de extensão de 4 km. Esses túneis são protegidos de vibrações externas causadas pelo vento, tráfego, atividade tectônica e outras interferências terrestres. Por meio de um método conhecido como interferometria a laser, a distância entre os espelhos refletores dentro do túnel pode ser medida com uma precisão muito alta. Se uma onda gravitacional viajar pelo nosso planeta, uma pequena mudança na distância pode ser registrada pelo interferômetro - isso representa o estreitamento e alongamento minucioso do espaço-tempo que ocorre à medida que as ondas gravitacionais se propagam.

    É como se os físicos tivessem criado um fio de viagem virtual que nos notifica quando um invasor de onda gravitacional invisível ressoa no espaço-tempo local.

    Um detector não é suficiente para confirmar um evento de onda gravitacional, Contudo. No caso do LIGO, um detector está localizado em Hanford, Washington, e outro está localizado em Livingston, Louisiana - separada por 1, 865 milhas (3, 002 quilômetros). Somente quando o mesmo evento é detectado por ambos os locais, os cientistas podem confirmar um sinal de onda gravitacional. Dois detectores podem até determinar uma direção aproximada de onde a onda estava viajando, mas se mais detectores forem adicionados à rede, astrônomos esperam, eventualmente, identificar, com precisão crescente, onde eles se originam.

    Mais observatórios de ondas gravitacionais estão planejados, e o detector europeu de Virgem, localizado perto de Pisa, Itália, está atualmente em comissionamento. Uma vez online, Virgo será usado em conjunto com o LIGO para aumentar o poder de observação das ondas gravitacionais e permitir uma melhor localização dos eventos cósmicos que causam os sinais.

    Agora que a existência de ondas gravitacionais foi confirmada, e os astrônomos estão detectando mais fusões de buracos negros, estamos entrando em uma nova era para a astronomia. Esta é a astronomia de ondas gravitacionais, onde o universo escuro será finalmente revelado.

    Agora isso é interessante

    Antes do LIGO aparecer, Os observatórios de raios X haviam discernido alguns buracos negros de massa estelar menores estudando a radiação produzida pelos gases superaquecidos do disco de acreção que os cercava.

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