A ciência das Ondas Gravitacionais possui um grande potencial que os cientistas estão ansiosos para desenvolver. Um observatório de ondas gravitacionais na Lua é o caminho a seguir? Crédito:NASA/Goddard/LRO. Os cientistas detectaram a primeira onda gravitacional há muito prevista em 2015 e, desde então, os investigadores têm desejado detectores melhores. Mas a Terra é quente e barulhenta em termos sísmicos, e isso sempre limitará a eficácia dos detectores baseados na Terra.
A lua é o lugar certo para um novo observatório de ondas gravitacionais? Pode ser. O envio de telescópios para o espaço funcionou bem, e a montagem de um observatório GW na Lua também funcionou, embora a proposta seja obviamente muito complexa.
A maior parte da astronomia trata da luz. Quanto melhor pudermos senti-lo, mais aprenderemos sobre a natureza. É por isso que telescópios como o Hubble e o JWST estão no espaço. A atmosfera da Terra distorce as imagens do telescópio e até bloqueia alguma luz, como a infravermelha. Os telescópios espaciais contornam esses dois problemas e revolucionaram a astronomia.
As ondas gravitacionais não são leves, mas senti-las ainda requer extrema sensibilidade. Assim como a atmosfera da Terra pode introduzir “ruído” nas observações do telescópio, a atividade sísmica da Terra também pode causar problemas aos detectores de ondas gravitacionais. A Lua tem uma grande vantagem sobre o nosso planeta dinâmico e em constante mudança:tem muito menos atividade sísmica.
Sabemos desde os dias da Apollo que a lua tem atividade sísmica. Mas, ao contrário da Terra, a maior parte da sua atividade está relacionada com forças de maré e pequenos choques de meteoritos. A maior parte da sua atividade sísmica também é mais fraca e muito mais profunda que a da Terra. Isso atraiu a atenção de pesquisadores que desenvolvem a Antena Lunar de Ondas Gravitacionais (LGWA).
Os desenvolvedores do LGWA escreveram um novo artigo, "The Lunar Gravitational-wave Antenna:Mission Studies and Science Case", e o publicaram no arXiv servidor de pré-impressão. O autor principal é Parameswaran Ajith, físico/astrofísico do Centro Internacional de Ciência Teórica, Instituto Tata de Pesquisa Fundamental, Bangalore, Índia. Ajith também é membro da Colaboração Científica LIGO.
Um observatório de ondas gravitacionais (GWO) na Lua cobriria uma lacuna na cobertura de frequência.
“Dado o tamanho da Lua e o ruído esperado produzido pelo fundo sísmico lunar, o LGWA seria capaz de observar GWs de cerca de 1 MHz a 1 Hz”, escrevem os autores. "Isso tornaria o LGWA o elo perdido entre detectores espaciais como o LISA, com sensibilidades de pico em torno de alguns milihertz, e futuros detectores terrestres propostos, como o Telescópio Einstein ou o Cosmic Explorer."
Se construído, o LGWA consistiria em um conjunto de detectores em escala planetária. As condições únicas da Lua permitirão à LGWA abrir uma janela maior para a ciência das ondas gravitacionais. A lua tem uma atividade sísmica de fundo extremamente baixa, que os autores descrevem como “silêncio sísmico”. A falta de ruído de fundo permitirá detecções mais sensíveis.
A lua também tem temperaturas extremamente baixas dentro das suas regiões permanentemente sombreadas (PSRs). Os detectores devem ser super-resfriados, e as temperaturas frias nas PSRs facilitam essa tarefa. O LGWA consistiria em quatro detectores numa cratera PSR em um dos pólos lunares.
Um resumo gráfico do caso científico da LGWA, incluindo estudos multi-mensageiros com observatórios eletromagnéticos e observações multibanda com detectores de GW terrestres e espaciais. Crédito:Ajith et al 2024/LGWA
A LGWA é uma ideia ambiciosa com um retorno científico potencialmente revolucionário. Quando combinado com telescópios que observam todo o espectro eletromagnético e com detectores de neutrinos e raios cósmicos – chamados astronomia multi-mensageiro – poderia avançar a nossa compreensão de toda uma série de eventos cósmicos.
O LGWA terá algumas capacidades únicas para detectar explosões cósmicas. “Apenas a LGWA pode observar eventos astrofísicos que envolvem WDs (anãs brancas), como eventos de perturbação de marés (TDEs) e SNe Ia”, explicam os autores. Eles também apontam que apenas o LGWA será capaz de alertar os astrônomos com semanas ou até meses de antecedência sobre a fusão de binários compactos de massa solar, incluindo estrelas de nêutrons.
O LGWA também será capaz de detectar binários de buracos negros de massa intermediária (IMBH) mais leves no universo primitivo. Os IMBHs desempenharam um papel na formação dos atuais buracos negros supermassivos (SMBHs) no coração de galáxias como a nossa. Os astrofísicos têm muitas perguntas sem resposta sobre os buracos negros e como eles evoluíram, e a LGWA deve ajudar a responder algumas delas.
As fusões de Anãs Brancas Duplas (DWD) fora de nossa galáxia são outra coisa que somente o LGWA será capaz de detectar. Eles podem ser usados para medir a Constante de Hubble. Ao longo das décadas, os cientistas obtiveram medições mais refinadas da constante de Hubble, mas ainda existem discrepâncias.
A LGWA também nos contará mais sobre a lua. As suas observações sísmicas revelarão a estrutura interna da lua com mais detalhes do que nunca. Há muito que os cientistas ainda não sabem sobre sua formação, história e evolução. As observações sísmicas da LGWA também iluminarão os processos geológicos da Lua.
A missão da LGWA ainda está em desenvolvimento. Antes de poder ser implementado, os cientistas precisam de saber mais sobre onde planeiam colocá-lo. É aí que entra a missão preliminar do Soundcheck.
Em 2023, a ESA selecionou o Soundcheck em seu conjunto de reservas de atividades científicas para a lua. O Soundcheck não medirá apenas o deslocamento sísmico da superfície, as flutuações magnéticas e a temperatura, mas também será uma missão de demonstração de tecnologia. “A validação da tecnologia Soundcheck concentra-se na implantação, na mecânica e leitura do sensor inercial, no gerenciamento térmico e no nivelamento da plataforma”, explicam os autores.
Na astronomia, na astrofísica, na cosmologia e em empreendimentos científicos relacionados, parece sempre que estamos à beira de novas descobertas e de uma nova compreensão do universo e de como nos enquadramos nele. A razão pela qual sempre parece assim é porque é verdade. Os humanos estão cada vez melhores nisso, e o advento e o florescimento da ciência GW exemplificam isso, embora estejamos apenas começando. Nem mesmo uma década se passou desde que os cientistas detectaram o seu primeiro GW.
Para onde irão as coisas a partir daqui?
“Apesar deste roteiro bem desenvolvido para a ciência das GW, é importante perceber que a exploração do nosso universo através das GW ainda está na sua infância”, escrevem os autores no seu artigo. “Além do imenso impacto esperado na astrofísica e na cosmologia, este campo apresenta uma alta probabilidade de descobertas inesperadas e fundamentais.”
