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Gravidade

Ondas gravitacionais:

Poder de detecção do LIGO terá aumento

Observatório de ondas gravitacionais LIGO deverá dobrar seu poder de detecção. Investimentos de US$ 35 milhões e um upgrade permitirá ao LIGO detectar uma fusão de buraco negro por hora, até meados da década de 2020*.

A fusão de dois buracos negros, um fenômeno que cria ondas gravitacionais.

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A localização de ondas gravitacionais deve se tornar um evento de hora em hora na próxima década. Por volta de 2023, o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO) passará por sua atualização mais significativa desde 2015, conforme anúncio das agências de financiamento do Reino Unido e dos EUA em 14 de fevereiro.

A National Science Foundation dos EUA está contribuindo com US$ 20,4 milhões para o projeto Advanced LIGO Plus (ou ALIGO +), e a Research and Innovation do Reino Unido está fornecendo outros US$ 13,7 milhões), além de uma pequena contribuição da Austrália. Os investimentos nas duas instalações do LIGO, nos estados de Washington e Louisiana, incluirão a adição de uma cavidade óptica de alto vácuo com 300 metros de comprimento. Isso ajudará os cientistas a manipular as propriedades quânticas dos lasers no coração do sistema de detecção do LIGO e assim, reduzir o ruído.

O LIGO compreende interferômetros em forma de L em Hanford, Washington, e Livingston, Louisiana, cada um com dois braços de quatro quilômetros. Ele operou pela primeira vez de 2002 a 2010 e, em seguida, reiniciou em 2015 após extensas atualizações.

O observatório fez sua primeira detecção - as ondas gravitacionais da fusão de dois buracos negros - em setembro daquele ano. Já realizou dez fusões de buracos negros, além de uma fusão de duas estrelas de nêutrons. O LIGO vem passando por melhorias periódicas e está prestes a reabrir após uma atualização projetada para aumentar sua sensibilidade em 50%.

Sistema Souped Up

Mas as referidas atualizações ALIGO + serão mais dramáticas. Se tudo correr conforme planejado, o LIGO poderá detectar fusões de estrelas de nêutrons que ocorrem em 325 megaparsecs (cerca de 1 bilhão de anos-luz) da Terra. As informações são de Ken Strain, físico da Universidade de Glasgow, que lidera um consórcio de universidades britânicas que devem receber a maior parte do dinheiro do Reino Unido. Isso quase dobraria a sensibilidade de 173 megapixels que o LIGO espera alcançar antes da atualização ALIGO +.

O LIGO já é capaz de detectar buracos negros a bilhões de parsecs de distância. Até 2022, ele deve detectar cerca de um desses eventos por dia, e com a atualização ALIGO + posteriormente, isso chegará a um evento a cada poucas horas.

As mudanças também aumentarão a qualidade das observações, não apenas sua frequência, explicou o ex-diretor do LIGO, Barry Barish, em uma conferência de imprensa em Washington DC. Por exemplo, com a redução do ruído os pesquisadores poderão saber como os buracos negros estavam girando antes de se fundirem, o que pode fornecer pistas para sua história. "Isso lhe dá a capacidade de medir coisas que você não pode medir agora", disse Barish, que é físico do Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena e dividiu o Prêmio Nobel de Física de 2017.

Reduzindo o barulho

Os interferômetros de ondas gravitacionais trabalham comparando continuamente os comprimentos de seus dois braços. Eles fazem isso refletindo feixes de laser entre pares de espelhos nas extremidades de cada braço e, em seguida, fazendo os dois feixes convergirem em um ponto central e se sobreporem. Na ausência de ondas gravitacionais, as oscilações eletromagnéticas dos feixes se anulam. Mas se o espaço-tempo é perturbado e os braços mudam de comprimento, os feixes de laser não se anulam mais e um sensor começa a detectar a luz.

Na prática, os espelhos não podem ser mantidos perfeitamente imunes às vibrações térmicas e sísmicas. Além disso, o próprio laser produz ruído, devido à natureza aleatória da física quântica. Os cientistas do LIGO desenvolveram técnicas elaboradas para amortecer essas fontes de ruído e para extrair sinais de qualquer ruído remanescente.

A atualização do LIGO que está em fase de conclusão inclui a implementação de uma técnica chamada luz comprimida, que também é usada pelo interferômetro de Virgem, liderado pela França e Itália, situado perto de Pisa, na Itália. O sistema de luz apertada do LIGO reduzirá as flutuações no número de fótons que atingem o sensor de luz, e aumenta o quanto os feixes empurram os espelhos ao redor. Como o ar em um colchão de ar parcialmente inflado, o ruído quântico não poderá ser completamente eliminado, mas deslocado ao redor.

A grande melhoria do ALIGO + - com os tubos de 300 metros - introduzirá a 'compressão dependente da frequência'. Isso permitirá que os interferômetros reduzam a pressão nos espelhos e as flutuações de fótons ao mesmo tempo. Outras melhorias incluirão novos espelhos com revestimentos de última geração, que devem reduzir o ruído térmico em quatro vezes.

* Informações de Davide Castelvecchi/Nature, com tradução de Pepe Chaves para Via Fanzine.

- Imagem: Victor de Schwanberg / Science Photo Library.

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