O mapa mais detalhado do universo já criado usando ondas gravitacionais poderia revelar buracos negros ocultos, buracos negros supermassivos que se fundem e até mesmo a estrutura em grande escala do cosmos.
O estudo, conduzido por uma equipe liderada por astrônomos da Universidade de Tecnologia de Swinburne, também apresentou o maior detector de ondas gravitacionais em escala galáctica, que são basicamente ondulações no espaço-tempo.
Esta pesquisa forneceu mais evidências de um “zumbido” de ondas gravitacionais que permeia o universo. Como tal, poderia fornecer novos insights sobre os primeiros buracos negros do universo, como eles cresceram e o impacto que tiveram na evolução da estrutura cômica.
“Estudar o pano de fundo (das ondas gravitacionais) nos permite sintonizar os ecos de eventos cósmicos ao longo de bilhões de anos”, disse Matt Miles, membro da equipe e pesquisador da Universidade de Swinburne, em um comunicado. “Isso revela como as galáxias e o próprio universo evoluíram ao longo do tempo.”
A onda gravitacional de fundo a que Miles se refere foi criada pela fusão de buracos negros supermassivos no universo primitivo e distante. Foi revelado pela primeira vez por um detector de ondas gravitacionais que explora uma infinidade de estrelas de nêutrons em rotação rápida, ou “pulsares”, e um instrumento preciso de cronometragem chamado matriz de temporização de pulsares, como parte do projeto NANOGrav.
Este novo estudo também se baseou num conjunto de temporização de pulsares, embora com a ajuda do radiotelescópio MeerKAT na África do Sul. Ao melhorar os métodos de detecção, a precisão de nanossegundos do MeerKAT Pulsar Timing Array concedeu à equipe liderada por Swinburne um sinal mais forte do que antes.
“O que estamos vendo sugere um universo muito mais dinâmico e ativo do que prevíamos”, disse Miles. “Sabemos que buracos negros supermassivos estão por aí a fundir-se, mas agora começamos a perguntar: onde estão eles e quantos existem por aí?”
Mapa de ondas gravitacionais traz surpresas
As ondas gravitacionais foram originalmente previstas por Albert Einstein em sua teoria da gravidade, chamada de “relatividade geral”. A teoria magnum opus do grande físico afirma que objetos com massa fazem com que a própria estrutura do espaço e do tempo (unida como uma entidade quadridimensional chamada “espaço-tempo”) se “deforme”. É dessa deformação que surge a gravidade.
No entanto, Einstein também previu que quando objetos massivos aceleram, provocam ondulações que se espalham pelo espaço-tempo à velocidade da luz. Estas são conhecidas como ondas gravitacionais.
Um exemplo de sistemas emissores de ondas gravitacionais são os buracos negros binários, que fazem o espaço-tempo vibrar enquanto dois buracos negros dentro de cada um desses sistemas giram em torno um do outro. À medida que as ondas gravitacionais se afastam dos buracos negros binários, elas carregam consigo um momento angular. Esta perda de energia faz com que os buracos negros se aproximem e emitam ondas gravitacionais cada vez mais rapidamente – isto é, até que a gravidade destes titãs cósmicos assuma o controlo e eles colidam e fundam-se.
Este poderoso evento faz o espaço-tempo vibrar com um “grito” agudo de ondas gravitacionais.
As fusões de buracos negros são importantes para a compreensão da evolução do cosmos. É assim que nascem os buracos negros supermassivos com massas equivalentes a milhões, ou mesmo bilhões, de sóis que ficam no coração de grandes galáxias.
Os pulsares podem ser usados para detectar ondas gravitacionais porque podem girar até 700 vezes por segundo; eles também emitem feixes de radiação que varrem o cosmos como a iluminação de um farol cósmico.
A chave, porém, é que o tempo de rotação de um pulsar é altamente regular, o que significa que quando um grande grupo de pulsares é considerado em massa, eles podem ser usados como um relógio cósmico preciso – um relógio sensível o suficiente para detectar pequenas flutuações no espaço-tempo causadas por a passagem das ondas gravitacionais.
Foi assim que o MeerKAT Pulsar Timing Array permitiu à equipe criar um mapa de ondas gravitacionais altamente detalhado – e aquele atlas cósmico forjado por ondulação no espaço-tempo revelou na verdade uma característica surpreendente.
Os pesquisadores descobriram uma anomalia inesperada em seu mapa: um “ponto quente” que parece exibir um “viés direcional” para ondas gravitacionais.
Anteriormente, os pesquisadores presumiam que a onda gravitacional de fundo do universo não teria uma direção preferida e, portanto, estaria espalhada uniformemente pelo céu.
“A presença de um ponto quente pode sugerir uma fonte distinta de ondas gravitacionais, como um par de buracos negros com bilhões de vezes a massa do nosso Sol”, disse Rowina Nathan, membro da equipe e pesquisadora da Universidade Monash. “Observar a disposição e os padrões das ondas gravitacionais mostra-nos como o nosso universo existe hoje e contém sinais desde o Big Bang.
“Há mais trabalho a fazer para determinar a importância do hotspot que encontramos, mas este é um passo emocionante para o nosso campo.”
As descobertas da equipe abriram as portas para novas e imprevisíveis descobertas sobre a estrutura do universo.
Estas descobertas poderão muito bem ser realizadas pelo detector de ondas gravitacionais de tamanho galáctico formado pelo MeerKAT Pulsar Timing Array, que agora continuará a refinar o seu mapa de ondas gravitacionais.
“Ao procurar variações no sinal das ondas gravitacionais no céu, estamos à procura de impressões digitais dos processos astrofísicos que moldam o nosso universo”, disse Kathrin Grunthal, membro da equipe e cientista do Instituto Max Planck de Radioastronomia, no artigo. declaração.