LIGO abre em uma nova e poderosa janela para o universo com a observação de ondas gravitacionais de dois buracos negros em colisão. Pesquisadores da Universidade de Michigan contribuem para a descoberta.

ANN ARBOR—Pela primeira vez, os cientistas puderam observar ondas gravitacionais no tecido do espaço-tempo atingindo a terra, de um evento catastrófico no universo distante.

A descoberta confirma uma das principais previsões da Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein, de 1915, e abre uma janela sem precedentes para o cosmos.

Ondas gravitacionais transportam informações sobre suas origens dramáticas e sobre a natureza da gravidade que não podem ser obtidas de outra forma. Os físicos chegaram à conclusão que as ondas gravitacionais detectadas foram produzidas durante a última fração de segundo da fusão de dois buracos negros para produzir um único buraco negro de giro mais massivo. Esta colisão de dois buracos negros tinha sido prevista, mas nunca observada.

Ondas gravitacionais foram detectadas em 14 de setembro de 2015, às 5:51 a.m. EDT (09:51 GMT) pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser
(LIGO, por sua sigla em inglês), encontradas em Livingston, Louisiana e Hanford, Washington.

O observatório LIGO é financiado pela Fundação Nacional de Ciência (NSF) e são operados pela Caltech e MIT. A descoberta, aceita para publicação pela revista Physical Review Letters, foi feita através da colaboração científica de LIGO com a Colaboração VIRGO. Essa parceria envolve cerca de 1.000 cientistas de 14 países.

Pesquisadores da Universidade de Michigan estão envolvidos na parceria desde o início.

“Esta primeira observação de ondas gravitacionais abre um novo campo da astronomia, em que podemos “ouvir” as vibrações do próprio espaço usando instrumentos de sensibilidade sem precedentes”, disse Keith Riles, professor de Física na Escola de Literatura, Ciência e Artes da U-M.

Riles é membro do Comitê Executivo da Colaboração LIGO. Os pesquisadores da U-M se juntaram à busca de ondas gravitacionais em 1997 como membros fundadores da colaboração.

Cada observatório LIGO é composto por cerca de 8 km de tubos de vácuo dispostos em formato L. Cada um dos braços do L tem cerca de 4 km de comprimento. Interferômetros medem os padrões de interferência entre duas fontes de luz.

Em cada detector LIGO, um feixe de laser é dividido em dois, e cada ramo “viaja” para baixo de um braço e é refletido de volta pelo em espelho da extremidade. O sistema está configurado de modo que se os dois feixes voltam juntos ao ponto de partida, eles se anulam mutuamente, sem nenhum sinal. Mas, se um feixe retorna após o outro, há um sinal como resultado

Porque apenas um feixe retornaria mais tarde?
As ondas gravitacionais – e tudo o que elas contêm – se estendem no espaço-tempo em um padrão característico. Elas podem esticar um braço do LIGO, ao mesmo tempo em que encurtam o outro. Foi o que aconteceu no último outono. Em um braço, em ambos os observatórios, os cientistas mediram uma variação de menos de um milionésimo de um bilionésimo de uma polegada.

Richard Gustafson, principal investigador científico em Física da U-M, está baseado no Observatório do LIGO Hanford, em Washington. Ele trabalha com uma equipe para melhorar a sensibilidade do interferômetro através da eliminação de fontes externas de ruído ambiental e instrumental.

Gustafson chegou para trabalhar aquela manhã, pouco depois que um programa on-line de detecção tinha relatado o sinal. Isso gerou um congelamento imediato das operações e uma avaliação abrangente dos estados dos interferômetros, tanto em Hanford, quanto em Livingston.

“Eu estava planejando fazer algumas medições no laboratório de ótica naquele dia, mas o plano voou pela janela,” disse Gustafson, rindo.

A equipe foi surpreendida ao observar cedo os tais buracos negros maciços nos dados, especialmente os dados remotos, relativamente perto de alguns bilhões de anos de anos luz de distância. Eles esperavam que esse tipo de objeto fosse mais raro e ainda mais distante.

Antes que a equipe pudesse celebrar, eles tiveram que fazer algumas verificações.

“Nossa primeira prioridade era ter certeza de que não estávamos enganando a nós mesmos,” disse Riles. “Nós avaliamos cada possível explicação não astrofísica e sistematicamente descartamos uma a uma. Só então dirigimos a nossa atenção para as implicações astrofísicas.”