As ondas gravitacionais são ondulações no espaço-tempo que vêm em muitas formas. Até aqui, sinais de ondas gravitacionais de curta duração foram observados em buracos negros e estrelas de nêutrons em colisão, mas os cientistas esperam encontrar outros tipos de ondas gravitacionais. Uma pesquisa publicada recentemente liderada pelo Centro de Excelência ARC para Descoberta de Ondas Gravitacionais (OzGrav) estudou ondas contínuas:ondas gravitacionais de longa duração, neste caso particular, ondas de estrelas de nêutrons - velhas estrelas mortas - em sistemas estelares específicos chamados binários de raios-X de baixa massa. Os detectores de ondas gravitacionais LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) e Virgo fornecem dados excelentes para a pesquisa de ondas contínuas, pois seus sinais provavelmente estarão presentes nos dados do detector o tempo todo (em comparação com as ondas gravitacionais de buracos negros em colisão, que duram apenas um segundo ou mais).

Estrelas de nêutrons, que são normalmente cerca de uma vez e meia a massa do nosso sol, são muito compactos com apenas 20 km de diâmetro. Algumas estrelas de nêutrons estão sozinhas, enquanto outras estão em sistemas binários - a estrela de nêutrons e uma estrela companheira orbitam uma em torno da outra. A equipe OzGrav se concentrou em procurar ondas contínuas de estrelas de nêutrons giratórias em "binários de raios-X de baixa massa" (LMXBs). Massa baixa descreve a companheira da estrela de nêutrons, que normalmente tem uma massa menor do que o nosso Sol; eles são chamados de binários de raios-X porque os cientistas observaram seus raios-X usando telescópios de raios-X.

No estudo, a equipe pesquisou por ondas contínuas de estrelas de nêutrons girando, visando diretamente cinco LMXBs, que é a primeira vez para esses cinco LMXBs. Todos os LMXBs direcionados têm observações de raios-X que indicam quão rápido a estrela de nêutrons está girando:sua frequência de rotação. Esta é uma informação extremamente útil na busca de ondas contínuas, pois é esperado que a frequência da onda contínua esteja relacionada à frequência de rotação da estrela de nêutrons. Isso permitiu que a equipe pesquisasse cada LMXB dentro de uma faixa de frequência específica.

A autora principal e pesquisadora do OzGrav, Hannah Middleton, da University of Melbourne, diz:"Usamos um método de pesquisa, desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Melbourne, que foi usado anteriormente para pesquisar outro LMXB chamado Scorpius X-1. Scorpius X-1 é uma fonte de onda contínua promissora, porque seus raios X são muito brilhantes, mas as observações de raios-X não foram capazes de medir a frequência de rotação do Scorpius X-1. Isso significa que uma ampla gama de frequências precisa ser analisada. Tirando vantagem das medições de raios-X da frequência de rotação para nossos cinco LMXBs, podemos reduzir o custo computacional da pesquisa, às vezes em até 99%. "

Mas saber a frequência de rotação não é suficiente:a frequência da onda contínua pode não ser igual à frequência de rotação, então a equipe procurou por pequenas faixas de frequência em torno dos valores medidos.

"A frequência da onda contínua pode até estar mudando lentamente ao longo do tempo, então precisamos ser capazes de rastreá-lo ao longo de muitos meses de dados, "acrescenta Middleton." A pesquisa usa uma técnica chamada modelo de Markov oculto, amplamente utilizada em aplicações de reconhecimento de voz a tecnologias de comunicação. A pesquisa resultante pode rastrear um sinal mesmo se a frequência mudar de maneira imprevisível durante uma observação. "

Então, o que os cientistas descobriram? Depois de analisar os dados da segunda execução de observação (mais de 200 dias entre novembro de 2016 a agosto de 2017), infelizmente, eles não encontraram evidências fortes de sinais de onda contínua desses cinco LMXBs. Mas a busca continua! A terceira execução de observação de LIGO e Virgem (de abril de 2019 a março de 2020) acaba de ser concluída, então os cientistas do OzGrav têm muitas análises de dados e pesquisas de estrelas para cravar seus dentes.