Uma equipe de físicos desenvolveu um método para detectar ondas gravitacionais com frequências tão baixas que poderiam desvendar os segredos por trás das fases iniciais de fusões entre buracos negros supermassivos, os objetos mais pesados ​​do universo.



O método pode detectar ondas gravitacionais que oscilam apenas uma vez a cada mil anos, 100 vezes mais lentas do que quaisquer ondas gravitacionais medidas anteriormente.

“Estas são ondas que nos chegam dos cantos mais distantes do Universo, capazes de afectar a forma como a luz viaja”, disse JEFF DROR, Ph.D., professor assistente de física na Universidade da Florida e co-autor do novo estudo. “Estudar estas ondas do Universo primitivo irá ajudar-nos a construir uma imagem completa da nossa história cósmica, análoga às descobertas anteriores da radiação cósmica de fundo.”

Dror e seu coautor, William DeRocco, pesquisador de pós-doutorado da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, publicaram suas descobertas em Physical Review Letters .

As ondas gravitacionais são semelhantes às ondulações no espaço. Tal como as ondas sonoras ou as ondas do oceano, as ondas gravitacionais variam tanto em frequência como em amplitude, informação que oferece informações sobre a sua origem e idade. As ondas gravitacionais que chegam até nós podem oscilar em frequências extremamente baixas, muito mais baixas do que as ondas sonoras detectáveis ​​pelo ouvido humano. Algumas das frequências mais baixas detectadas no passado eram tão baixas quanto um nanohertz.

"Para referência", explicou Dror, "a frequência das ondas sonoras criadas pelo rugido de um crocodilo é cerca de 100 bilhões de vezes maior do que essa frequência - são ondas de frequência muito baixa."

O seu novo método de detecção baseia-se na análise de pulsares e estrelas de neutrões que emitem ondas de rádio em intervalos altamente regulares. Dror levantou a hipótese de que a busca por uma desaceleração gradual na chegada desses pulsos poderia revelar novas ondas gravitacionais.

Ao estudar os dados existentes do pulsar, Dror foi capaz de procurar ondas gravitacionais com frequências mais baixas do que nunca, aumentando o nosso “alcance de audição” para frequências tão baixas como 10 picohertz, 100 vezes mais baixas do que esforços anteriores que detectaram ondas ao nível de nanohertz.

Embora ondas gravitacionais com frequências em torno de um nanohertz já tenham sido detectadas antes, não se sabe muito sobre sua origem. Existem duas teorias. A ideia principal é que estas ondas são o resultado de uma fusão entre dois buracos negros supermassivos, o que, se for verdade, daria aos investigadores uma nova forma de estudar o comportamento destes objetos gigantes que se encontram no coração de cada galáxia.

A outra teoria principal é que estas ondas foram criadas por algum tipo de evento cataclísmico no início da história do universo. Ao estudar ondas gravitacionais em frequências ainda mais baixas, eles poderão diferenciar essas possibilidades.

“Olhando para o futuro, o próximo passo é analisar conjuntos de dados mais recentes”, disse Dror. "Os conjuntos de dados que utilizámos foram principalmente de 2014 e 2015, e um grande número de observações de pulsares foram realizadas desde então."

Dror também planeja executar simulações em dados simulados usando o supercomputador HiPerGator da UF para desvendar ainda mais a história cósmica. O supercomputador pode executar simulações grandes e complexas com eficiência, reduzindo significativamente o tempo necessário para analisar os dados.

Mais informações: William DeRocco et al, Using Pulsar Parameter Drifts to Detect Subnanohertz Gravitational Waves, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.101403. No arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2212.09751
Informações do diário: Cartas de revisão física , arXiv

Fornecido pela Universidade da Flórida