Pulsares detectaram o zumbido gravitacional de fundo do Universo. Agora eles podem detectar fusões únicas?

Os atuais observatórios de ondas gravitacionais têm duas limitações significativas. A primeira é que eles só conseguem observar explosões gravitacionais poderosas, como fusões de buracos negros e estrelas de nêutrons. 

A segunda é que eles só podem observar essas fusões em comprimentos de onda da ordem de centenas a milhares de quilômetros. Isto significa que só podemos observar fusões estelares em massa. 

Como um conjunto de pulsares pode identificar buracos negros binários. Crédito: Carl Knox/OzGrav

É claro que há muita astronomia gravitacional interessante acontecendo em outros comprimentos de onda e níveis de ruído, o que motivou os astrônomos a serem mais espertos. Uma dessas ideias inteligentes é usar pulsares como telescópio. O conceito é conhecido como matriz de temporização de pulsar (PTA). Os pulsares são estrelas de nêutrons em rotação com um forte campo magnético alinhado de tal forma que varre uma explosão de energia de rádio em direção à Terra a cada rotação. 

Nós os vemos como um flash de rádio muito comum. Alguns pulsares, conhecidos como pulsares de milissegundos, giram tão rapidamente que emitem centenas de pulsos de rádio por segundo. Como a rotação de uma estrela de nêutrons é quase tão regular quanto um relógio, os pulsares podem ser usados como uma espécie de relógio cósmico. 

Por causa disso, se um pulsar se mover de alguma forma, como orbitar uma estrela, o movimento relativo do pulsar faz com que os pulsos se desloquem ligeiramente. Podemos medir essas mudanças com extrema precisão. Nossas observações são tão precisas que os pulsares foram usados para medir o decaimento orbital de sistemas binários como evidência indireta de ondas gravitacionais muito antes de podermos observá-las diretamente. 

Mesmo quando os pulsares não fazem parte de um sistema binário, pequenos puxões gravitacionais fazem com que eles se desloquem ligeiramente. Portanto, quando uma onda gravitacional passa por eles, seus pulsos mudam um pouco. 

Essas mudanças ocorrem essencialmente no nível de flutuação aleatória dos próprios pulsos, portanto não podemos ver o efeito da onda gravitacional de um único pulsar. Precisamos de observações de muitos pulsares para ver as flutuações estatísticas. Portanto, precisamos de uma série de temporizações de pulsares.  

Vários pulsares podem identificar a origem das ondas gravitacionais. Crédito: Kato e Takahashi

No início deste ano, os astrônomos do NANOGrav usaram um conjunto de 67 pulsares com 15 anos de dados e foram capazes de medir o ruído gravitacional de fundo do Universo. As prováveis fontes deste cenário são os buracos negros binários supermassivos (SMBHs), mas os resultados não foram totalmente conclusivos. Um problema com os dados é que, embora a equipe conseguisse medir as ondas gravitacionais, não conseguia identificar o ponto de origem delas. 

Existem vários projetos de PTA em curso, o que significa que em breve teremos uma riqueza de dados observacionais. Num novo estudo, uma equipe propõe como estes dados podem ser usados para identificar as fontes das ondas gravitacionais de fundo. A ideia deles se concentra em fazer medições precisas da distância dos pulsares em um conjunto.

 No momento, embora saibamos a distância de alguns pulsares com muita precisão, a distância de muitos pulsares é imprecisa. Observações detalhadas de pulsares PTA através de observatórios como o Very Long Baseline Array poderiam nos dar a precisão que precisamos. Conhecer a distância e a variação do tempo de um pulsar nos daria um alcance para a fonte. Com uma série de pulsares, os alcances se sobreporiam para triangular a fonte. 

Como mostra o artigo, um bom nível de precisão poderia ser obtido com um PTA de apenas uma dúzia de pulsares. Este estudo inicial focou apenas em uma matriz bidimensional, mas uma matriz mais 3D também deve ser razoavelmente precisa. Certamente precisos o suficiente para provar se essas ondas de fundo vêm de buracos negros binários supermassivos ou de algo que ainda não entendemos completamente.

Fonte: universetoday.com