LIGO e Virgo observam em conjunto ondas gravitacionais da fusão de buracos negros binários

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Artigo traduzido de LIGO.

A Colaboração LIGO e a Colaboração Virgo relatam a primeira detecção conjunta de ondas gravitacionais com os detectores LIGO e Virgo. Esta é a quarta detecção anunciada de um sistema de buracos negros binários e o primeiro sinal de onda gravitacional significativo gravado pelo detector Virgo, destacando o potencial científico da rede de três detectores de ondas gravitacionais.

A observação dos três detectores foi feita em 14 de agosto de 2017 às 10:30:43 UTC. Os dois detectores de observação gravitacional de onda (LIGO), localizados em Livingston, Louisiana e Hanford, em Washington, e financiados pela National Science Foundation (NSF), e o detector Virgo, localizado perto de Pisa, Itália, detectaram uma gravidade transitória – sinal de onda produzido pela fusão de dois buracos negros de massa estelar.

Um artigo sobre o evento, conhecido como GW170814, foi aceito para publicação no jornal Physical Review Letters.

As ondas gravitacionais detectadas – ondulações no espaço-tempo – foram emitidas durante os momentos finais da fusão de dois buracos negros com massas cerca de 31 e 25 vezes a massa do Sol localizados a cerca de 1,8 bilhões de anos-luz de distância. O buraco negro giratório recentemente produzido tem cerca de 53 vezes a massa do nosso Sol, o que significa que cerca de 3 massas solares foram convertidas em energia da onda gravitacional durante a fusão.

“Este é apenas o início das observações com a rede formada pelo Virgo e LIGO trabalhando juntos”, diz David Shoemaker, porta-voz do MIT, LSC. “Com a próxima etapa de observação prevista para o outono de 2018, podemos esperar tais detecções semanalmente ou mesmo mais frequentemente”.

“É maravilhoso ver um primeiro sinal de onda gravitacional no nosso novo detector Advanced Virgo apenas duas semanas depois de começar oficialmente a tomar dados”, diz Jo van den Brand, da Nikhef e VU University Amsterdam, porta-voz da colaboração Virgo. “Essa é uma grande recompensa após todo o trabalho realizado no projeto Advanced Virgo para atualizar o instrumento nos últimos seis anos”.

Observatório Virgo. Créditos: The Virgo collaboration/CCO 1.0.

“Pouco mais de um ano e meio atrás, a NSF anunciou que seu Observatório de Ondas Gravitacionais a Laser havia feito a primeira detecção de ondas gravitacionais resultantes da colisão de dois buracos negros em uma galáxia a um bilhão de anos-luz de distância”, diz France Córdova, diretora da NSF. “Hoje, estamos muito satisfeitos em anunciar a primeira descoberta feita em parceria entre o Observatório de Ondas Gravitacionais Virgo e a Colaboração Científica LIGO, a primeira vez que uma observação de onda gravitacional foi feita por esses observatórios, localizados a milhares de quilômetros de distância. Este é um marco emocionante no crescente esforço científico internacional para desbloquear os extraordinários mistérios do nosso Universo”.

O Advanced LIGO é um detector de onda gravitacional de segunda geração que consiste em dois interferômetros idênticos em Hanford e Livingston, e usa interferometria a laser de precisão para detectar ondas gravitacionais. Desde setembro de 2015, o Advanced LIGO realizou duas etapas de observação. A segunda etapa de observação começou em 30 de novembro de 2016 e terminou em 25 de agosto de 2017.

O Advanced Virgo é o instrumento de segunda geração construído e operado pela colaboração Virgo para procurar ondas gravitacionais. Com o final das observações do detector inicial do Virgo em outubro de 2011, iniciou-se a integração do detector Advanced Virgo. A nova instalação foi intensificada em fevereiro de 2017, enquanto o seu comissionamento estava em andamento. Em abril, o controle do detector em seu ponto de trabalho nominal foi alcançado pela primeira vez.

O detector Virgo ingressou na segunda etapa de observações em 1 de agosto de 2017 às 10:00 UTC. A detecção em tempo real em 14 de agosto foi desencadeada com dados dos três instrumentos LIGO e Virgo. Virgo é, no momento, menos sensível que o LIGO, mas dois algoritmos de pesquisa independentes baseados em toda a informação disponível dos três detectores também demonstraram a evidência de um sinal nos dados do Virgo.

Geralmente, a área do universo onde provavelmente está a fonte das ondas gravitacionais dimunui por um fator de 20 quando se desloca de uma rede de dois detectores para uma rede de três detectores. A região do céu de GW170814 tem um tamanho de apenas 60 graus quadrados, mais de 10 vezes menor do que com os dados dos dois interferômetros LIGO sozinhos; além disso, a precisão com a qual a distância da fonte é medida beneficia a adição do Virgo.

“Esta precisão aumentada permitirá que toda a comunidade astrofísica eventualmente faça descobertas ainda mais emocionantes, incluindo observações múltiplas”, diz a professora da Geórgia, Laura Cadonati, vice-porta-voz do LSC. “Uma área de busca menor permite observações de acompanhamento com telescópios e satélites para eventos cósmicos que produzem ondas gravitacionais e emissões de luz, como a colisão das estrelas de nêutrons”.

“À medida que aumentamos o número de observatórios na rede internacional de ondas gravitacionais, não só melhoramos a localização da fonte, mas também recuperamos informações de polarização melhoradas que fornecem melhores informações sobre a orientação dos objetos em órbita, além de permitir novos testes da teoria de Einstein”, diz Fred Raab, diretor associado do LIGO para operações de observação.

As instalações eletromagnéticas parceiras do LIGO e do VIRGO em todo o mundo não identificaram uma fonte para o GW170814, assim como às três observações anteriores do LIGO de fusões de buracos negros. Os buracos negros produzem ondas gravitacionais, mas não luz.

“Com esta primeira detecção articulada pelos detectores avançados LIGO e Virgo, demos um passo adiante no cosmos da onda gravitacional”, diz David H. Reitze, diretor executivo do Laboratório LIGO da Caltech. “O Virgo traz uma nova e poderosa capacidade para detectar e localizar melhor as fontes de ondas gravitacionais, que sem dúvida levará a resultados excitantes e imprevistos no futuro”.

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