Um 'hum' de fundo permeia o universo. Cientistas estão correndo para encontrar sua fonte

Aug 04, 2023

Os astrónomos procuram agora identificar as origens de uma nova e excitante forma de ondas gravitacionais que foi anunciada no início deste ano.

Em junho, uma nova era na astronomia começou com a aparente descoberta de ondas gravitacionais de baixa frequência, o zumbido ambiente das ondulações do espaço-tempo que permeia o universo. Esse anúncio veio de uma enorme colaboração de pesquisadores de todo o mundo. Grupos nos EUA, Europa, Índia, Austrália e China estão cada um a trabalhar nas suas próprias experiências semelhantes e a reunir os seus dados para melhorar o resultado. Com as evidências destas ondas gravitacionais nunca antes vistas agora firmemente em mãos, todas essas equipes díspares estão agora reunindo febrilmente mais dados para um objetivo maior: entender exatamente de onde realmente vem esse zumbido de fundo. Muitos especialistas suspeitam que o zumbido surge principalmente de pares de buracos negros supermassivos que espiralam juntos no processo gradual de fusão – mas, em vez disso, poderia vir de fontes ainda mais estranhas que poderiam representar novos ramos emocionantes da física. “Estamos bem no início deste campo”, afirma Chiara Mingarelli, da Universidade de Yale, parte da colaboração liderada pelos EUA, NANOGrav.

O anúncio veio em 28 de junho do NANOGrav e de outras chamadas matrizes de temporização de pulsares (PTAs), que usam radiotelescópios para rastrear o tempo preciso de chegada dos flashes regulares dos pulsares, estrelas de nêutrons em rotação rápida deixadas para trás após as supernovas. Usando dezenas de pulsares e monitorando os tempos de chegada dos pulsos com precisão de nanossegundos em escalas de tempo decadais, eles podem discernir ondas gravitacionais de fundo que passam pelo nosso sistema solar. Essas ondas encolhem ou expandem ligeiramente o espaço intermediário entre o nosso planeta e os pulsares alvo, criando compensações reveladoras nos tempos de chegada dos pulsos. O resultado surpreendente segue uma época anterior de descoberta que começou em 2015, quando o Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro Laser (LIGO) detectou pela primeira vez ondas gravitacionais produzidas pela colisão de buracos negros de massa estelar e estrelas de nêutrons. O LIGO, o seu homólogo europeu Virgo e instalações semelhantes continuam hoje a procurar estas ondas gravitacionais de frequência mais elevada.

A evidência de um zumbido de fundo de ondas gravitacionais de baixa frequência vem de um total de 115 pulsares que foram observados ao longo de muitos anos pelas múltiplas equipes. Agora estão em curso esforços para combinar todos esses dados de temporização de pulsares num único conjunto de dados como parte do International Pulsar Timing Array (IPTA), o que irá melhorar a sensibilidade geral do conjunto de dados. “Estamos trabalhando juntos nisso”, diz Mingarelli. “Temos um representante de cada PTA [trabalhando] para começar a combinar os dados.” Esse esforço coletivo já está em andamento há dois anos, e espera-se que resultados mais definitivos apareçam até o final de 2023 ou em algum momento de 2024. “Esse será o conjunto de dados de matriz de temporização de pulsar mais sensível já criado”, diz Nihan Pol, da Universidade Vanderbilt.

O envolvimento ambivalente da China na adesão aos esforços do IPTA complica um pouco as coisas. “Eles não fazem parte do acordo para esta divulgação de dados”, diz Scott Ransom, do Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO), na Virgínia. “Nos próximos meses, eles podem dizer que querem brincar bem com o resto da comunidade ou podem continuar por conta própria. Nós simplesmente não sabemos.” A equipe chinesa do Pulsar Timing Array está em uma posição invejável porque tem acesso irrestrito ao enorme radiotelescópio esférico de abertura de quinhentos metros (FAST) na região sudoeste do país. O FAST é muito mais sensível do que qualquer radiotelescópio existente atualmente e duas vezes mais poderoso que o Telescópio Arecibo em Porto Rico, que entrou em colapso em 2020. “[FAST] é muito melhor do que quase todos os outros [rádio] telescópios do mundo”, Ransom diz. “É incrível para pulsares, ponto final.” Por exemplo, embora o PTA da China tenha passado apenas três anos cronometrando pulsares com o FAST, ainda foi capaz de encontrar indícios semelhantes de ondas gravitacionais de baixa frequência que levaram 15 anos para o NANOGrav descobrir. Os membros da equipe PTA da China não responderam aos pedidos de comentários da Scientific American.