O LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) da National Science Foundation deve retomar sua busca por ondas gravitacionais - ondulações no espaço e no tempo - em 1º de abril, depois de receber uma série de atualizações para seus lasers, espelhos, e outros componentes. O LIGO - que consiste em detectores gêmeos localizados em Washington e Louisiana - agora tem um aumento combinado na sensibilidade de cerca de 40 por cento em relação à última execução, o que significa que ele pode pesquisar um volume de espaço ainda maior do que antes para obter poderosos, eventos criadores de ondas, como as colisões de buracos negros.

Virgem participará da busca, o detector de ondas gravitacionais baseado na Europa, localizado no Observatório Gravitacional Europeu (EGO) na Itália, que quase dobrou sua sensibilidade desde sua última execução e também está começando em 1º de abril.

"Para esta terceira execução de observação, alcançamos melhorias significativamente maiores na sensibilidade dos detectores do que na última execução, "diz Peter Fritschel, Cientista chefe do detector do LIGO no MIT. "E com LIGO e Virgem observando juntos pelo próximo ano, certamente detectaremos muito mais ondas gravitacionais dos tipos de fontes que vimos até agora. Estamos ansiosos para ver novos eventos também, como a fusão de um buraco negro e uma estrela de nêutrons. "

Em 2015, depois que o LIGO começou a observar pela primeira vez em um programa atualizado chamado Advanced LIGO, logo fez história ao fazer a primeira detecção direta de ondas gravitacionais. As ondas viajaram para a Terra a partir de um par de buracos negros em colisão localizados a 1,3 bilhão de anos-luz de distância. Para esta descoberta, três dos principais jogadores do LIGO - Barry C. Barish do Caltech, o professor de física Ronald e Maxine Linde, Emérito, e Kip S. Thorne, o Professor Richard P. Feynman de Física Teórica, Emérito, junto com Rainer Weiss do MIT, professor de física, emérito - recebeu o Prêmio Nobel de Física 2017.

Desde então, a rede de detectores LIGO-Virgo descobriu nove fusões de buracos negros adicionais e um esmagamento explosivo de duas estrelas de nêutrons. Esse evento, apelidado de GW170817, gerou não apenas ondas gravitacionais, mas luz, que foi observado por dezenas de telescópios no espaço e no solo.

"Com nossos três detectores agora operacionais com uma sensibilidade significativamente melhorada, a rede global de detectores LIGO-Virgo permitirá uma triangulação mais precisa das fontes de ondas gravitacionais, "diz Jo van den Brand, do Nikhef (Instituto Nacional Holandês de Física Subatômica) e da Universidade VU de Amsterdã, quem é o porta-voz da colaboração de Virgem. "Este será um passo importante em nossa busca pela astronomia de multimensageiros."

Agora, com o início da próxima corrida conjunta LIGO-Virgo, os observatórios estão preparados para detectar um número ainda maior de fusões de buracos negros e outros eventos extremos, como fusões adicionais de estrela de nêutron-nêutron ou uma fusão ainda não vista de estrela de nêutron-buraco negro. Uma das métricas que a equipe usa para medir aumentos na sensibilidade é calcular o quão longe eles podem detectar fusões de estrelas de nêutron-nêutron. Na próxima corrida, O LIGO será capaz de ver esses eventos a uma média de 550 milhões de anos-luz de distância, ou mais de 190 milhões de anos-luz mais distantes do que antes.

Uma chave para atingir essa sensibilidade envolve lasers. Cada instalação LIGO consiste em dois braços longos que formam um interferômetro em forma de L. Feixes de laser são disparados do canto do "L" e ricocheteiam nos espelhos antes de descerem pelos braços e se recombinarem. Quando as ondas gravitacionais passam, eles esticam e comprimem o próprio espaço, fazendo alterações imperceptivelmente minúsculas na distância que os feixes de laser viajam e, portanto, afetando como eles se recombinam. Para esta próxima corrida, a potência do laser foi dobrada para medir com mais precisão essas mudanças de distância, aumentando assim a sensibilidade dos detectores às ondas gravitacionais.

Outras atualizações foram feitas nos espelhos do LIGO em ambos os locais, com um total de cinco dos oito espelhos sendo trocados por versões de melhor desempenho.

“Tivemos que quebrar as fibras que prendiam os espelhos e com muito cuidado retirar a ótica e recolocá-la, "diz Calum Torrie, Chefe de engenharia mecânico-óptica do LIGO na Caltech. "Foi um empreendimento de engenharia enorme."

Esta próxima execução também inclui atualizações projetadas para reduzir os níveis de ruído quântico. O ruído quântico ocorre devido a flutuações aleatórias de fótons, o que pode levar à incerteza nas medições e pode mascarar sinais fracos de ondas gravitacionais. Ao empregar uma técnica chamada "compressão, "inicialmente desenvolvido para detectores de ondas gravitacionais na Australian National University, e amadurecido e usado rotineiramente desde 2010 no detector GEO600, pesquisadores podem mudar a incerteza nos fótons ao redor, tornando suas amplitudes menos certas e suas fases, ou tempo, mais certo. O tempo dos fótons é crucial para a capacidade do LIGO de detectar ondas gravitacionais.

Torrie diz que a equipe LIGO passou meses comissionando todos esses novos sistemas, certificando-se de que tudo está alinhado e funcionando corretamente. "Uma das coisas que é satisfatório para nós, engenheiros, é saber que todas as nossas atualizações significam que o LIGO agora pode ver mais longe no espaço para encontrar os eventos mais extremos em nosso universo."