Hoje (30 de novembro), os cientistas reiniciaram os detectores gêmeos do LIGO, o Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser, depois de fazer várias melhorias no sistema. Ao longo do último ano, eles fizeram melhorias nos lasers do LIGO, eletrônicos, e óptica que aumentou a sensibilidade do observatório em 10 a 25 por cento. Os detectores, os cientistas esperam, agora será capaz de sintonizar as ondas gravitacionais - e os eventos extremos dos quais elas surgem - que emanam de mais longe no universo.

Em 14 de setembro, 2015, Os detectores do LIGO fizeram a primeira detecção direta de ondas gravitacionais, apenas dois dias depois que os cientistas reiniciaram o observatório como Advanced LIGO - uma versão atualizada dos dois grandes interferômetros do LIGO, um localizado em Hanford, Washington, e os outros 3, 000 quilômetros de distância em Livingston, Lousiana. Depois de analisar o sinal, cientistas determinaram que era de fato uma onda gravitacional, que surgiu da fusão de dois enormes buracos negros a 1,3 bilhão de anos-luz de distância.

Três meses depois, em 26 de dezembro, 2015, os detectores captaram outro sinal, que os cientistas decodificaram como uma segunda onda gravitacional, ondulando para fora de mais uma fusão de buraco negro, um pouco mais longe no universo, 1,4 bilhão de anos-luz de distância.

Agora, com as últimas atualizações do LIGO, membros da Colaboração Científica LIGO esperam detectar sinais mais frequentes de ondas gravitacionais, surgindo da colisão de buracos negros e outros fenômenos cósmicos extremos. O MIT News falou com Peter Fritschel, o diretor associado do LIGO no MIT, e o cientista detector-chefe do LIGO, sobre a nova visão do LIGO.

P:Que tipo de alterações foram feitas nos detectores desde que ficaram offline?

R:Havia diferentes tipos de atividades nos dois observatórios. Com o detector em Livingston, Louisiana, fizemos muito trabalho dentro do sistema de vácuo, substituir ou adicionar novos componentes. Como um exemplo, cada detector contém quatro massas de teste que respondem a uma onda gravitacional que passa. Essas massas de teste são montadas em sistemas de suspensão complexos que as isolam do ambiente local. Testes anteriores haviam mostrado que dois dos modos vibracionais dessas suspensões podiam oscilar a um grau que impediria o detector de operar com sua melhor sensibilidade. Então, nós projetamos e instalamos alguns tunados, amortecedores passivos para reduzir a amplitude de oscilação desses modos. Isso ajudará o detector Livingston a operar em seu pico de sensibilidade por uma fração maior da duração da execução dos dados.

No Hanford, Washington, detector, a maior parte do esforço foi direcionada para aumentar a potência do laser armazenada no interferômetro. Durante a primeira execução de observação, tínhamos cerca de 100 quilowatts de potência do laser em cada braço longo do interferômetro. Desde então, trabalhamos para aumentar isso por um fator de dois, para atingir 200 quilowatts de potência em cada braço. Isso pode ser bastante difícil porque existem efeitos térmicos e interações óptico-mecânicas que ocorrem conforme a potência é aumentada, e alguns deles podem produzir instabilidades que devem ser domadas. Na verdade, conseguimos resolver esses tipos de problemas e fomos capazes de operar o detector com 200 quilowatts nos braços. Contudo, havia outros problemas que eram sensíveis ao custo, e não tivemos tempo para resolver isso, portanto, agora estamos operando com potência 20 a 30% maior do que tínhamos na primeira execução de observação. Este modesto aumento de potência dá um pequeno, mas perceptível aumento na sensibilidade às frequências das ondas gravitacionais superiores a cerca de 100 hertz.

Também coletamos muitas informações importantes que serão usadas para planejar o próximo período de comissionamento do detector, que terá início no final deste período de observação de seis meses. Ainda temos muito trabalho desafiador pela frente para chegar à nossa sensibilidade de design final.

P:Quão sensível é o LIGO com essas novas melhorias?

R:A métrica que usamos mais comumente é a sensibilidade às ondas gravitacionais produzidas pela fusão de duas estrelas de nêutrons, porque podemos calcular facilmente o que devemos ver de tal sistema - mas observe que ainda não detectamos ondas gravitacionais de uma fusão estrela de nêutron-estrela de nêutron. O detector Livingston agora é sensível o suficiente para detectar uma fusão de até 200 milhões de parsecs (660 milhões de anos-luz). Isso é cerca de 25 por cento mais longe do que poderia "ver" na primeira execução de observação. Para o detector Hanford, a faixa de sensibilidade correspondente está praticamente no mesmo nível do que era durante a primeira execução e é cerca de 15% menor do que esses valores.

Claro que na primeira execução de observação detectamos a fusão de dois buracos negros, não estrelas de nêutrons. A comparação de sensibilidade para fusões de buracos negros é, no entanto, quase a mesma:em comparação com a execução de observação do ano passado, o detector Livingston é cerca de 25 por cento mais sensível e o detector Hanford é quase o mesmo. Mas mesmo pequenas melhorias na sensibilidade podem ajudar, desde o volume de espaço que está sendo sondado, e, portanto, a taxa de detecção de ondas gravitacionais, cresce como o cubo dessas distâncias.

P:O que você espera "ouvir" e detectar, agora que o LIGO está online novamente?

R:Definitivamente esperamos detectar mais fusões de buracos negros, o que ainda é uma perspectiva muito animadora. Lembre-se de que, na primeira execução, detectamos duas dessas fusões binárias de buraco negro e vimos fortes evidências de uma terceira fusão. Com a modesta melhora na sensibilidade e o plano para coletar mais dados do que antes, devemos aumentar nosso conhecimento sobre a população de buracos negros no universo.

Também adoraríamos detectar ondas gravitacionais da fusão de duas estrelas de nêutrons. Sabemos que esses sistemas existem, mas não sabemos quão prevalentes são, portanto, não podemos ter certeza de quanta sensibilidade precisamos para começar a vê-los. As fusões de estrelas de nêutrons binários são interessantes porque (entre outras coisas) são consideradas produtoras e distribuidoras de elementos pesados, como os metais preciosos, que existem em nossa galáxia.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.