Você provavelmente não percebeu a onda gravitacional que se propagou pela Terra no início da manhã de 4 de janeiro, 2017, mas, graças ao uso sofisticado da tecnologia de vácuo, um par de interferômetros a laser extremamente sensíveis, um no estado de Washington e outro na Louisiana, detectou o fraco ruído de dois buracos negros em colisão, a cerca de 3 bilhões de anos-luz de distância.
Em uma apresentação durante o AVS 64º Simpósio e Exposição Internacional, sendo realizada de 31 de outubro a novembro. 2, 2017, em Tampa, Flórida, astrofísicos Rai Weiss (quem, junto com outros dois, recebeu o Prêmio Nobel de Física de 2017) e Michael Zucker do Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), operado pela Caltech e o Instituto de Tecnologia de Massachusetts, irá descrever como os cientistas e engenheiros do LIGO projetaram e construíram os engenhosos, sistema de ultra-alto vácuo. O sistema é parte integrante do que possibilita a identificação das ondas gravitacionais, minúsculas distorções na estrutura do espaço e do tempo que se propagam à velocidade da luz.
"As ondas gravitacionais geradas pela aceleração de um par de buracos negros se movem para fora como ondas em um lago, "Weiss disse." As distorções de espaço que eles induzem ficam mais fracas, inversamente proporcionais à sua distância da fonte, então as ondas que viajam bilhões de anos-luz para a terra só podem ser detectadas se alguém pode medir uma distância de 10 ^ -18 metros —1/10, 000º da largura de um próton - que é a quantidade minúscula que os espelhos de nosso interferômetro são movidos por uma onda que passa. "
Para realizar a tarefa hercúlea, Weiss explicou, os espelhos são suspensos em ambas as extremidades dos dois braços de 4 quilômetros do interferômetro LIGO. Os espelhos formam uma cavidade óptica na qual a luz pode saltar para a frente e para trás ao longo dos braços muitas vezes. Um feixe de laser é enviado através de um divisor na junção dos braços, separando a luz em dois feixes. As cavidades ópticas refletem os feixes de volta para o divisor, onde eles são fundidos em uma única entidade, que então atinge um fotodetector.
"Se os feixes divididos percorreram a mesma distância em ambas as cavidades ópticas, os dois feixes 'interferirão destrutivamente, ' isso é, cancelam-se no fotodetector, "Zucker disse." Mas se o comprimento do braço mudar de modo que um feixe passe mais tempo em sua cavidade enquanto o segundo feixe passa menos tempo no outro - como fariam um pouquinho quando uma onda gravitacional passasse pelo sistema - as ondas de luz não são cancelados e alguma luz é gravada no fotodetector. "
Então, como a tecnologia de vácuo desempenha um papel em fazer isso acontecer? Weiss disse que as moléculas de qualquer gás presente nos braços do interferômetro poderiam espalhar a luz do laser ou produzir um ruído dominante que mascararia as pequenas mudanças nos feixes devido às ondas gravitacionais. Operar no vácuo elimina esses problemas, bem como o perigo adicional de moléculas de gás geradas termicamente causando flutuações no comprimento das cavidades.
A tarefa difícil para a equipe LIGO, Zucker disse, foi projetar e construir um eficiente, ainda econômico, sistema que poderia atingir o vácuo extremo necessário para o interferômetro:100 nanopascais, um trilionésimo de uma atmosfera e equivalente à quase ausência de pressão na órbita baixa da Terra.
Em sua apresentação, Weiss e Zucker se concentrarão na física fundamental e conhecimentos de engenharia necessários para construir e operar o segundo maior sistema de vácuo ultrapuro do mundo, enfrentar desafios como 40 dias de "bombeamento" constante para atingir a pressão operacional ideal, 30 dias de aquecimento dos tubos (braços) para expulsar os gases residuais, e a operação e monitoramento 24 horas por dia, 7 dias por semana, e monitoramento de bombas de íons e criopombas de nitrogênio líquido que mantêm o interferômetro LIGO livre de contaminantes.
