Pela primeira vez, os astrônomos ouviram o zumbido de fundo do universo

Pela primeira vez, os astrônomos ouviram o zumbido de fundo do universo

Com base no que sabemos sobre ondas gravitacionais, o universo deveria estar cheio delas. Cada par de buracos negros ou estrelas de nêutrons em colisão, cada supernova em colapso do núcleo - até mesmo o próprio Big Bang - deveria ter causado ondulações que ressoam no espaço-tempo.

Com o tempo, essas ondas enfraqueceram e será difícil encontrá-las, mas todas são previstas como um "estrondo" ressonante que permeia nosso Universo, chamado de fundo das ondas gravitacionais. E talvez tenhamos apenas tido a primeira dica disso.

Você pode pensar no pano de fundo das ondas gravitacionais como algo como o zumbido deixado após eventos massivos ao longo da história do nosso universo - potencialmente inestimável para nossa compreensão do espaço, mas incrivelmente difícil de detectar.

É incrivelmente interessante ver um sinal tão forte ”, disse o astrofísico Joseph Simon, da Universidade do Colorado em Boulder e um funcionário da NANOGrav.

No entanto, como o sinal de onda gravitacional que procuramos cobre toda a duração de nossas observações, precisamos excluir cuidadosamente o ruído. Isso nos deixa em um lugar muito interessante, onde podemos excluir completamente algumas fontes conhecidas de ruído, mas ainda não podemos dizer se o sinal está realmente vindo de ondas gravitacionais. Para isso, precisamos de mais dados.

No entanto, a comunidade científica está encantada. Desde que a pré-impressão da equipe foi publicada no arXiv em setembro passado, houve mais de 80 artigos citando este estudo.

Equipes internacionais trabalharam duro analisando os dados para tentar refutar ou confirmar as descobertas dos cientistas. Se o sinal for real, pode abrir um estágio inteiramente novo na astronomia de ondas gravitacionais - ou abrir fenômenos astrofísicos completamente novos para nós.

O sinal vem de observações de uma estrela morta chamada pulsar. Estas são estrelas de nêutrons orientadas de tal forma que emitem ondas de rádio de seus pólos, girando a velocidades de milissegundos.

Essas erupções são incrivelmente precisas no tempo, o que significa que os pulsares são indiscutivelmente as estrelas mais úteis do universo. Mudanças em sua pulsação podem ser usadas para navegação, para explorar o meio interestelar e estudar a gravidade. E desde a descoberta das ondas gravitacionais, os astrônomos costumam procurá-las.

Isso ocorre porque as ondas gravitacionais distorcem o espaço-tempo à medida que passam por ele, o que teoricamente deveria mudar - bastante - o tempo dos pulsos de rádio emitidos pelos pulsares.

O fundo [da onda gravitacional] se estende e se contrai no espaço-tempo entre os pulsares e a Terra, fazendo com que os sinais dos pulsares cheguem um pouco mais tarde (estiramento) ou antes (colapso) do que teria acontecido se não houvesse ondas gravitacionais - Astrofísico Ryan Shannon da Swinburne University of Technology.

Um pulsar com batimento irregular não significa necessariamente muito. Mas se todo um grupo de pulsares mostrasse um padrão correlacionado de variação de tempo, isso poderia indicar um fundo de ondas gravitacionais.

Este conjunto de pulsares é conhecido como Pulsar Temporal Array, e isso é o que a equipe do NANOGrav observou - 45 dos pulsares de milissegundos mais estáveis ​​da Via Láctea.

Eles não encontraram um sinal para confirmar o fundo da onda gravitacional.

Mas eles encontraram algo - um sinal de "ruído normal" que Shannon explicou varia de pulsar para pulsar, mas mostra as mesmas características todas as vezes. Esses desvios resultaram em variações de várias centenas de nanossegundos ao longo do período de observação de 13 anos, Simon observou.

Existem outras coisas que podem acionar esse sinal. Por exemplo, uma matriz de sincronização de pulsar deve ser analisada a partir de um quadro de referência que não está acelerando, o que significa que quaisquer dados devem ser transferidos para o centro do sistema solar, conhecido como baricentro, e não para a Terra.

Se o baricentro for calculado de forma imprecisa - e isso é mais difícil do que parece, já que é o centro de massa de todos os objetos em movimento no sistema solar - então você pode receber um sinal falso. No ano passado, a equipe do NANOGrav anunciou que havia calculado o baricentro do sistema solar em até 100 metros.

Ainda existe a possibilidade de que essa discrepância possa ser a fonte do sinal detectado e mais trabalho precisa ser feito para corrigi-lo.

Porque se o sinal realmente vier de uma onda gravitacional ressonante zumbidora, isso seria um grande problema, uma vez que buracos negros supermassivos (SMBHs) são provavelmente a fonte dessas ondas gravitacionais de fundo.

Como as ondas gravitacionais nos mostram fenômenos que não podemos detectar eletromagneticamente, como colisões de buracos negros, isso poderia ajudar a resolver mistérios como o último problema do parsec, que sugere que buracos negros supermassivos não podem se fundir, e nos ajuda a entender melhor a evolução galáctica. e crescimento.

No futuro, podemos até ser capazes de detectar ondas gravitacionais que surgiram imediatamente após o Big Bang, o que nos dará uma janela única para o universo primitivo.

Para ser claro, há muito trabalho científico a ser feito antes de chegarmos a este ponto.

Este é um possível primeiro passo para detectar ondas gravitacionais nanohertz, disse Shannon. Gostaria de alertar o público e os cientistas para não superestimar os resultados. Acho que nos próximos um ou dois anos haverá evidências da natureza do sinal.

Outras equipes também estão trabalhando no uso de matrizes de sincronização de pulsar para detectar ondas gravitacionais. OzGrav faz parte do Parkes Pulsar Timing Array, que em breve lançará uma análise de seus conjuntos de dados de 14 anos.

A pesquisa do grupo foi publicada no The Astrophysical Journal Letters.