LIGO não consegue encontrar ondas gravitacionais contínuas de pulsares

Em fevereiro de 2016 , cientistas trabalhando para o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) fizeram história ao anunciar a primeira detecção de ondas gravitacionais (GW). Essas ondas, previstas pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein , são criadas quando objetos massivos colidem (estrelas de nêutrons ou buracos negros), causando ondulações no espaço-tempo que podem ser detectadas a milhões ou bilhões de anos-luz de distância. Desde sua descoberta, astrofísicos têm encontrado aplicações para astronomia GW, que incluem sondar o interior de estrelas de nêutrons. 

Ilustração de um pulsar com campos magnéticos poderosos. Crédito: Goddard Flight Center/Walt Feimer da NASA 

Por exemplo, cientistas acreditam que sondar as emissões contínuas de ondas gravitacionais (CW) de estrelas de nêutrons revelará dados sobre sua estrutura interna e equação de estado e pode fornecer testes de Relatividade Geral . Em um estudo recente , membros da Colaboração LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) conduziram uma busca por CWs de 45 pulsares conhecidos. Embora seus resultados não tenham mostrado sinais de CWs emanando de sua amostra de pulsares, seu trabalho estabelece limites superiores e inferiores na amplitude do sinal, potencialmente auxiliando buscas futuras.

A LVK Collaboration é um consórcio internacional de cientistas de centenas de universidades e institutos em todo o mundo. Esta colaboração combina dados dos observatórios gêmeos do Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), o Virgo Observatory e o Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA). A pré-impressão do artigo, “ Busca por ondas gravitacionais contínuas de pulsares conhecidos na primeira parte da quarta execução de observação LIGO-Virgo-KAGRA ”, apareceu recentemente online .

Descobertos pela primeira vez em 1967, os pulsares são uma classe de estrelas de nêutrons que têm fortes campos magnéticos, fazendo com que emitam feixes de radiação eletromagnética de seus polos. Eles também giram rapidamente, criando um efeito estroboscópico que lembra um farol. Dada sua estabilidade e previsibilidade, os pulsares apresentam uma oportunidade de procurar ondas gravitacionais contínuas (CWs). Ao contrário de GW transitórias, que são produzidas por fusões de buracos negros binários e estrelas de nêutrons, CWs são sinais de longa duração que se espera que venham de objetos massivos e giratórios (como pulsares).

Até o momento, todos os eventos GW observados por astrônomos foram transitórios por natureza. Para encontrar evidências desses eventos, a equipe procurou sinais de 45 pulsares conhecidos (e uma busca de banda estreita por 16 pulsares) da primeira parte da quarta execução de observação LIGO-Virgo-KAGRA (O4a). Eles também empregaram três métodos independentes de análise de dados e dois modelos de emissão diferentes. Como eles indicaram em seu artigo, nenhum sinal CW foi detectado, mas os resultados ainda foram informativos:

“Nenhuma evidência de um sinal CW foi encontrada para nenhum dos alvos. Os resultados do limite superior mostram que 29 alvos ultrapassam o limite teórico de spin-down. Para 11 dos 45 pulsares não analisados ​​na última busca direcionada do LVK, temos uma melhoria notável na sensibilidade de detecção em comparação com buscas anteriores. Para esses alvos, ultrapassamos ou igualamos o limite teórico de spin-down para o modelo de emissão harmônica única. Também temos, em média, uma melhoria nos limites superiores para o componente de baixa frequência da busca harmônica dupla para todos os pulsares analisados.”

A equipe também conduziu uma busca por polarização que é consistente com uma teoria de gravitação alternativa à Relatividade Geral ( teoria de Brans–Dicke ). Embora as CWs permaneçam não confirmadas, a equipe prevê que uma análise completa do conjunto de dados O4 completo melhorará a sensibilidade das buscas direcionadas/de banda estreita para pulsares e CWs.

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