Os cientistas usaram um observatório espacial do "tamanho de uma galáxia" para encontrar possíveis indícios de um sinal único de ondas gravitacionais, ou as ondas poderosas que percorrem o universo e distorcem a estrutura do espaço e do próprio tempo.

As novas descobertas, que apareceu recentemente em The Astrophysical Journal Letters , vêm de um projeto nos EUA e no Canadá chamado Observatório Nanohertz para Ondas Gravitacionais da América do Norte (NANOGrav).

Por mais de 13 anos, Os pesquisadores do NANOGrav analisaram o fluxo de luz de dezenas de pulsares espalhados pela Galáxia da Via Láctea para tentar detectar uma "onda gravitacional de fundo". Isso é o que os cientistas chamam de fluxo constante de radiação gravitacional que, de acordo com a teoria, lava sobre a Terra em uma base constante. A equipe ainda não identificou esse alvo, mas está ficando mais perto do que nunca, disse Joseph Simon, um astrofísico da University of Colorado Boulder e principal autor do novo artigo.

"Encontramos um sinal forte em nosso conjunto de dados, "disse Simon, um pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Ciências Astrofísicas e Planetárias. "Mas não podemos dizer ainda que este é o fundo das ondas gravitacionais."

Em 2017, cientistas em um experimento chamado Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ganharam o Prêmio Nobel de Física pela primeira detecção direta de ondas gravitacionais. Essas ondas foram criadas quando dois buracos negros se chocaram a cerca de 130 milhões de anos-luz da Terra, gerando um choque cósmico que se espalhou para nosso próprio sistema solar.

Esse evento foi o equivalente a uma batida de prato - uma explosão violenta e de curta duração. As ondas gravitacionais que Simon e seus colegas procuram, em contraste, são mais como o zumbido constante de uma conversa em um coquetel lotado.

Detectar esse ruído de fundo seria uma grande conquista científica, abrindo uma nova janela para o funcionamento do universo, ele adicionou. Essas ondas, por exemplo, poderia dar aos cientistas novas ferramentas para estudar como os buracos negros supermassivos no centro de muitas galáxias se fundem ao longo do tempo.

"Essas primeiras dicas atraentes de um fundo de onda gravitacional sugerem que buracos negros supermassivos provavelmente se fundem e que estamos flutuando em um mar de ondas gravitacionais ondulando de fusões de buracos negros supermassivos em galáxias em todo o universo, "disse Julie Comerford, professor associado de astrofísica e ciências planetárias na CU Boulder e membro da equipe do NANOGrav.

Simon apresentará os resultados de sua equipe em uma conferência de imprensa virtual na segunda-feira no 237º encontro da American Astronomical Society.

Faróis galácticos

Por meio de seu trabalho no NANOGrav, Simon e Comerford fazem parte de uma grande aposta, embora colaborativo, corrida internacional para encontrar o fundo da onda gravitacional. Seu projeto junta-se a dois outros da Europa e da Austrália para formar uma rede chamada International Pulsar Timing Array.

Simon disse isso, pelo menos de acordo com a teoria, a fusão de galáxias e outros eventos cosmológicos produzem uma agitação constante de ondas gravitacionais. Eles são enormes - uma única onda, Simon disse, pode levar anos ou até mais para passar pela Terra. Por essa razão, nenhum outro experimento existente pode detectá-los diretamente.

"Outros observatórios procuram ondas gravitacionais da ordem de segundos, "Simon disse." Estamos procurando ondas da ordem de anos ou décadas. "

Ele e seus colegas tiveram que ser criativos. A equipe do NANOGrav usa telescópios no solo não para procurar ondas gravitacionais, mas para observar pulsares. Essas estrelas colapsadas são os faróis da galáxia. Eles giram em velocidades incrivelmente rápidas, enviando fluxos de radiação em direção à Terra em um padrão intermitente que permanece quase inalterado ao longo dos eras.

Simon explicou que as ondas gravitacionais alteram o padrão constante de luz proveniente dos pulsares, puxando ou apertando as distâncias relativas que esses raios viajam através do espaço. Cientistas, em outras palavras, pode ser capaz de localizar o fundo da onda gravitacional simplesmente monitorando pulsares para mudanças correlatas no tempo de quando eles chegam à Terra.

"Esses pulsares estão girando tão rápido quanto o liquidificador da cozinha, "ele disse." E nós estamos olhando para desvios em seu tempo de apenas algumas centenas de nanossegundos. "

Algo ali

Para encontrar esse sinal sutil, a equipe NANOGrav se esforça para observar o maior número de pulsares possível pelo maior tempo possível. A data, o grupo observou 45 pulsares por pelo menos três anos e, em alguns casos, por bem mais de uma década.

O trabalho duro parece estar valendo a pena. Em seu último estudo, Simon e seus colegas relataram que detectaram um sinal distinto em seus dados:algum processo comum parece estar afetando a luz que vem de muitos dos pulsares.

"Nós caminhamos por cada um dos pulsares um por um. Acho que todos esperávamos encontrar alguns que eram os malucos jogando fora nossos dados, "Simon disse." Mas então nós passamos por todos eles, e nós dissemos, 'Oh meu Deus, há realmente algo aqui. '"

Os pesquisadores ainda não conseguem dizer com certeza o que está causando esse sinal. Eles precisarão adicionar mais pulsares ao conjunto de dados e observá-los por períodos mais longos para determinar se é realmente a onda gravitacional de fundo em ação.

"Ser capaz de detectar o fundo da onda gravitacional será um grande passo, mas isso é apenas o primeiro passo, "ele disse." A etapa dois é identificar o que causa essas ondas e descobrir o que elas podem nos dizer sobre o universo. "