A revolução em nossa compreensão do céu noturno e de nosso lugar no universo começou quando passamos do uso do olho nu para um telescópio em 1609. Quatro séculos depois, os cientistas estão experimentando uma transição semelhante em seus conhecimentos sobre os buracos negros, em busca de ondas gravitacionais.

Na busca por buracos negros previamente não detectados que são bilhões de vezes mais massivos que o sol, Stephen Taylor, professor assistente de física e astronomia e ex-astrônomo do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA, juntamente com o Observatório Nanohertz para Ondas Gravitacionais da América do Norte (NANOGrav). sistema solar - com o qual medir as ondas gravitacionais que sinalizam a existência desses buracos negros.

O potencial apresentado por este avanço, co-autoria de Taylor, foi publicado no jornal o Astrophysical Journal em abril de 2020.

Os buracos negros são regiões de gravidade pura formadas a partir de um espaço-tempo extremamente deformado. Encontrar os buracos negros mais titânicos do Universo que se escondem no coração das galáxias nos ajudará a entender como essas galáxias (incluindo a nossa) cresceram e evoluíram ao longo de bilhões de anos desde sua formação. Esses buracos negros também são laboratórios incomparáveis ​​para testar suposições fundamentais sobre a física.

As ondas gravitacionais são ondulações no espaço-tempo previstas pela teoria geral da relatividade de Einstein. Quando os buracos negros orbitam uns aos outros em pares, eles irradiam ondas gravitacionais que deformam o espaço-tempo, esticar e apertar o espaço. As ondas gravitacionais foram detectadas pela primeira vez pelo Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) em 2015, abrindo novas perspectivas sobre os objetos mais extremos do universo. Enquanto o LIGO observa ondas gravitacionais relativamente curtas procurando por mudanças na forma de um detector de 4 km de comprimento, NANOGrav, um Centro de Fronteiras de Física da National Science Foundation (NSF), procura por mudanças na forma de toda a nossa galáxia.

Taylor e sua equipe estão procurando mudanças na taxa de chegada de flashes regulares de ondas de rádio de pulsares. Esses pulsares são estrelas de nêutrons girando rapidamente, alguns indo tão rápido quanto um liquidificador de cozinha. Eles também enviam feixes de ondas de rádio, aparecendo como faróis interestelares quando esses feixes varrem a Terra. Mais de 15 anos de dados mostraram que esses pulsares são extremamente confiáveis ​​em suas taxas de chegada de pulso, atuando como relógios galácticos excepcionais. Quaisquer desvios de tempo correlacionados em muitos desses pulsares podem sinalizar a influência das ondas gravitacionais que distorcem nossa galáxia.

"Usando os pulsares que observamos em toda a galáxia, a Via Láctea, estamos tentando ser como uma aranha sentada em silêncio no meio de sua teia, "explica Taylor." O quão bem entendemos o baricentro do sistema solar é fundamental, pois tentamos sentir até mesmo o menor formigamento na teia. "O baricentro do sistema solar, seu centro de gravidade, é o local onde as massas de todos os planetas, luas, e os asteróides se equilibram.

Onde fica o centro da nossa web, a localização da quietude absoluta em nosso sistema solar? Não no centro do sol, como muitos podem supor, em vez disso, está mais perto da superfície da estrela. Isso se deve à massa de Júpiter e ao nosso conhecimento imperfeito de sua órbita. Leva 12 anos para Júpiter orbitar o sol, apenas tímido dos 15 anos que a NANOGrav vem coletando dados. A sonda Galileo do JPL (nomeada em homenagem ao famoso cientista que usou um telescópio para observar as luas de Júpiter) estudou Júpiter entre 1995 e 2003, mas experimentou problemas técnicos que afetaram a qualidade das medições feitas durante a missão.

A identificação do centro de gravidade do sistema solar tem sido calculada há muito tempo com dados do rastreamento Doppler para obter uma estimativa da localização e trajetórias dos corpos orbitando o sol. "O problema é que erros nas massas e órbitas se traduzirão em artefatos de sincronização do pulsar que podem muito bem se parecer com ondas gravitacionais, "explica o astrônomo e co-autor do JPL Joe Simon.

Taylor e seus colaboradores estavam descobrindo que trabalhar com modelos existentes do sistema solar para analisar dados do NANOGrav dava resultados inconsistentes. "Não estávamos detectando nada significativo em nossas pesquisas de ondas gravitacionais entre os modelos do sistema solar, mas estávamos obtendo grandes diferenças sistemáticas em nossos cálculos, "observa o astrônomo do JPL e principal autora do artigo, Michele Vallisneri." Normalmente, mais dados fornecem um resultado mais preciso, mas sempre houve uma compensação em nossos cálculos. "

O grupo decidiu pesquisar o centro de gravidade do sistema solar ao mesmo tempo em que fazia a investigação das ondas gravitacionais. Os pesquisadores obtiveram respostas mais robustas para encontrar ondas gravitacionais e foram capazes de localizar com mais precisão o centro de gravidade do sistema solar em até 100 metros. Para entender essa escala, se o sol fosse do tamanho de um campo de futebol, 100 metros seria o diâmetro de uma mecha de cabelo. "Nossa observação precisa de pulsares espalhados pela galáxia nos localizou no cosmos melhor do que jamais poderíamos antes, "disse Taylor." Ao encontrar ondas gravitacionais desta forma, além de outros experimentos, obtemos uma visão geral mais holística de todos os diferentes tipos de buracos negros no Universo. "

À medida que o NANOGrav continua a coletar dados de tempo de pulsar cada vez mais abundantes e precisos, os astrônomos estão confiantes de que buracos negros massivos aparecerão em breve e de forma inequívoca nos dados.