Em 11 de fevereiro de 2016, os cientistas do Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO) anunciaram a primeira detecção de ondas gravitacionais. Esse desenvolvimento, que confirmou uma previsão feita pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein há um século, abriu novos caminhos de pesquisa para cosmólogos e astrofísicos. Desde então, mais detecções foram feitas, e todas foram consideradas resultado da fusão de buracos negros.
A última detecção ocorreu em 14 de agosto de 2017, quando três observatórios - os detectores Advanced LIGO e Advanced Virgo - detectaram simultaneamente as ondas gravitacionais criadas pela fusão de buracos negros. Foi a primeira vez que ondas gravitacionais foram detectadas por três instalações diferentes de todo o mundo, inaugurando uma nova era de pesquisa em rede global sobre esse fenômeno cósmico.
O estudo que detalhou essas observações foi recentemente publicado online pela LIGO Scientific Collaboration e pela Virgo Collaboration. Intitulado "GW170814: Observação de ondas gravitacionais por três detectores de uma coalescência binária de buracos negros", este estudo também foi aceito para publicação na revista científica Cartas de Revisão Física.
O evento, designado como GW170814, foi observado às 10:30:43 UTC (06:30:43 EDT; 03:30:43 PDT) em 14 de agosto de 2017. O evento foi detectado pelos dois LIGO da National Science Foundation detectores (localizados em Livingston, Louisiana e Hanford, Washington) e o detector Virgo, localizado perto de Pisa, Itália - mantido pelo Centro Nacional de Pesquisa Científica (CNRS) e pelo Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN).
Embora não seja a primeira instância de ondas gravitacionais sendo detectadas, foi a primeira vez que um evento foi detectado por três observatórios simultaneamente. Como France Córdova, diretor da NSF, disse em um recente comunicado à imprensa do LIGO:
“Há pouco mais de um ano e meio, a NSF anunciou que seu Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser havia feito a primeira detecção de ondas gravitacionais, o que resultou da colisão de dois buracos negros em uma galáxia a um bilhão de anos-luz de distância. Hoje, temos o prazer de anunciar a primeira descoberta feita em parceria entre o observatório de ondas gravitacionais Virgo e a Colaboração Científica LIGO, a primeira vez que uma detecção de ondas gravitacionais foi observada por esses observatórios, localizados a milhares de quilômetros de distância. Este é um marco emocionante no crescente esforço científico internacional para desvendar os extraordinários mistérios do nosso universo. ”
Com base nas ondas detectadas, a colaboração científica LIGO (LSC) e Virgo foram capazes de determinar o tipo de evento, bem como a massa dos objetos envolvidos. Segundo o estudo, o evento foi desencadeado pela fusão de dois buracos negros - 31 e 25 massas solares, respectivamente. O evento ocorreu a cerca de 1,8 bilhão de anos-luz da Terra e resultou na formação de um buraco negro giratório com cerca de 53 massas solares.
O que isto significa é que cerca de três massas solares foram convertidas em energia de ondas gravitacionais durante a fusão, que foi então detectada por LIGO e Virgo. Embora impressionante por si só, essa detecção mais recente é apenas uma amostra do que os detectores de ondas gravitacionais, como as colaborações LIGO e Virgo, podem fazer agora que entraram em seus estágios avançados e em cooperação entre si.
Advanced LIGO e Advanced Virgo são detectores de ondas gravitacionais de segunda geração que substituíram os anteriores. As instalações do LIGO, que foram concebidas, construídas e são operadas pela Caltech e pelo MIT, coletaram dados sem sucesso entre 2002 e 2010. No entanto, em setembro de 2015, o Advanced LIGO entrou em operação e começou a realizar duas execuções de observação - O1 e O2.
Enquanto isso, o detector Virgo original realizou observações entre 2003 e outubro de 2011, mais uma vez sem sucesso. Em fevereiro de 2017, a integração do detector Advanced Virgo começou e os instrumentos entraram em operação em abril seguinte. Em 2007, Virgo e LIGO também se uniram para compartilhar e analisar em conjunto os dados registrados por seus respectivos detectores.
Em agosto de 2017, o detector Virgo entrou na corrida de O2, e a primeira detecção simultânea ocorreu em 14 de agosto, com os dados sendo coletados pelos três instrumentos LIGO e Virgo. Como indicou o porta-voz do LSC David Shoemaker - pesquisador do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) -, essa detecção é apenas o primeiro de muitos eventos previstos.
"Este é apenas o começo das observações com a rede habilitada por Virgo e LIGO trabalhando juntos", disse ele. "Com a próxima execução de observação planejada para o outono de 2018, podemos esperar tais detecções semanalmente ou com mais frequência".
Isso não apenas significa que os cientistas têm uma melhor chance de detectar eventos futuros, mas também será capaz de identificá-los com uma precisão muito maior. De fato, espera-se que a transição de uma rede de dois para três detectores aumente a probabilidade de identificar a fonte de GW170814 em uma fábrica de 20. A região do céu para GW170814 é de apenas 60 graus quadrados - mais de 10 vezes menor que somente com dados dos interferômetros da LIGO.
Além disso, a precisão com a qual a distância da fonte é medida também se beneficiou dessa parceria. Como explicou Laura Cadonati, professora da Georgia Tech e vice-porta-voz do LSC:
“Essa precisão aumentada permitirá que toda a comunidade astrofísica faça descobertas ainda mais emocionantes, incluindo observações de vários mensageiros. Uma área de pesquisa menor permite observações de acompanhamento com telescópios e satélites para eventos cósmicos que produzem ondas gravitacionais e emissões de luz, como a colisão de estrelas de nêutrons. ”
No final, trazer mais detectores para a rede de ondas gravitacionais também permitirá testes mais detalhados da teoria da Relatividade Geral de Einstein. David H. Reitze, diretor da Caltech, diretor executivo do Laboratório LIGO, também elogiou a nova parceria e o que ela permitirá.
"Com esta primeira detecção conjunta pelos detectores Advanced LIGO e Virgo, demos um passo adiante no cosmos de ondas gravitacionais", disse ele. "O Virgo traz uma nova e poderosa capacidade para detectar e localizar melhor as fontes de ondas gravitacionais, que sem dúvida levarão a resultados emocionantes e imprevistos no futuro".
O estudo das ondas gravitacionais é uma prova da crescente capacidade das equipes científicas do mundo e da ciência da interferometria. Durante décadas, a existência de ondas gravitacionais era apenas uma teoria; e na virada do século, todas as tentativas de detectá-las não haviam produzido nada. Mas apenas nos últimos dezoito meses, várias detecções foram feitas e outras dezenas são esperadas nos próximos anos.
Além disso, graças à nova rede global e aos instrumentos e métodos aprimorados, esses eventos certamente nos contarão sobre o nosso Universo e a física que o governa.
