Um método para rastrear as primeiras ondas gravitacionais do Universo foi criado
Imediatamente após o Big Bang, surgiram as primeiras ondas gravitacionais. Essas primeiras flutuações na estrutura do espaço-tempo, resultantes de flutuações quânticas na nova sopa de matéria primordial, foram rapidamente amplificadas por processos inflacionários que fizeram com que o universo se expandisse rapidamente.
As ondas gravitacionais originais, que se originaram há quase 13,8 bilhões de anos, ainda estão ecoando por todo o universo. Mas eles são abafados pelo ruído das ondas gravitacionais causadas por eventos recentes, como a colisão de buracos negros e estrelas de nêutrons.
Agora, uma equipe de pesquisadores do MIT desenvolveu um método para detectar sinais de ondulação primários muito fracos com base em dados de ondas gravitacionais. Seus resultados são publicados na Physical Review Letters.
As ondas gravitacionais são detectadas quase diariamente pelo LIGO e outros detectores de ondas gravitacionais, mas os sinais gravitacionais primários são ordens de magnitude mais fracos do que aqueles que esses detectores podem detectar. A próxima geração de detectores deverá ser sensível o suficiente para capturar essas primeiras ondulações.
Na próxima década, quando instrumentos mais sensíveis estiverem disponíveis, o novo método pode ser aplicado para detectar sinais ocultos das primeiras ondas gravitacionais do universo. Então, a estrutura e as propriedades dessas ondas primordiais poderiam fornecer pistas sobre o início do universo, como as condições que levaram à inflação.
Acredita-se que as ondas gravitacionais primárias penetrem no Universo na forma de um zumbido constante difuso, que, segundo os pesquisadores, deveria ter a mesma aparência e, portanto, correlacionar-se em quaisquer dois detectores.
Pelo contrário, o resto do ruído aleatório recebido em um detector deve ser específico para aquele detector e não se correlacionar com outros detectores. Por exemplo, o ruído gerado pelo tráfego nas proximidades deve ser diferente dependendo da localização do detector fornecido. Ao comparar os dados em dois detectores depois de levar em consideração as fontes astrofísicas que dependem do modelo, é possível revelar os parâmetros do fundo primário.
Os pesquisadores testaram o novo método simulando primeiro 400 segundos de dados de ondas gravitacionais, que eles espalharam junto com estruturas de ondas que representam fontes astrofísicas, como buracos negros em fusão. Eles também injetaram um sinal em todos os dados, semelhante ao zumbido constante da onda de gravidade original.
Eles então dividiram os dados em segmentos de quatro segundos e aplicaram seu método a cada segmento para ver se eles poderiam identificar com precisão qualquer fusão de buraco negro, bem como o padrão de onda que estavam injetando. Depois de analisar cada segmento dos dados em várias execuções de simulação e sob várias condições iniciais, eles recuperaram com êxito o fundo intocado oculto.
“Fomos capazes de ajustar o primeiro plano e o fundo ao mesmo tempo, para que o sinal de fundo recebido não fosse poluído pelo primeiro plano residual”, dizem os cientistas.
Eles esperam que, quando a próxima geração de detectores sensíveis estiver disponível, a nova técnica possa ser usada para correlacionar e analisar dados de dois detectores diferentes para filtrar o sinal primário. Então, os cientistas terão a oportunidade de rastrear a história do universo desde os primeiros tempos.