Lentes gravitacionais podem identificar fusões de buracos negros com precisão sem precedentes

A astronomia de ondas gravitacionais tem sido um dos novos tipos de astronomia mais quentes desde que o consórcio LIGO detectou oficialmente a primeira onda gravitacional (GW) em 2016.

Os astrônomos ficaram animados com o número de novas perguntas que poderiam ser respondidas usando essa técnica de sensoriamento que nunca havia sido considerada antes.

 Exemplo de lente gravitacional. Crédito: Telescópio Hubble/NASA/ESA 

Mas muitas das nuances dos GWs que o LIGO e outros detectores encontraram nos 90 candidatos a ondas gravitacionais que encontraram desde 2016 estão perdidas.

Os pesquisadores têm dificuldade em determinar de qual galáxia vem uma onda gravitacional. Mas agora, um novo artigo de pesquisadores na Holanda tem uma estratégia e desenvolveu algumas simulações que podem ajudar a restringir a busca pelo local de nascimento dos GWs. Para isso, eles usam outro queridinho dos astrônomos em todos os lugares: as lentes gravitacionais.

É importante ressaltar que os GWs são causados pela fusão de buracos negros. Esses eventos catastróficos literalmente distorcem o espaço-tempo a ponto de sua fusão causar ondulações na própria gravidade. No entanto, esses sinais são extraordinariamente fracos quando chegam até nós – e muitas vezes vêm de bilhões de anos-luz de distância.

Detectores como o LIGO são explicitamente projetados para procurar esses sinais, mas ainda é difícil obter uma forte relação sinal-ruído. Portanto, eles também não são particularmente bons em detalhar de onde vem um determinado sinal GW. Eles geralmente podem dizer: "Veio daquele pedaço de céu ali", mas como "esse pedaço de céu" poderia conter bilhões de galáxias, isso não faz muito para reduzi-lo.

Mas os astrônomos perdem muito contexto em relação ao que um GW pode dizer sobre sua galáxia de origem se não souberem de que galáxia ela veio. É aí que entra a lente gravitacional.

As lentes gravitacionais são um fenômeno físico pelo qual o sinal (na maioria dos casos a luz) vindo de um objeto muito distante é distorcido pela massa de um objeto que fica entre o objeto posterior e nós aqui na Terra. Eles são responsáveis por criar os "Anéis de Einstein", algumas das imagens astronômicas mais espetaculares.

A luz não é a única coisa que pode ser afetada pela massa, no entanto – as ondas gravitacionais também podem. Portanto, é pelo menos possível que as próprias ondas gravitacionais possam ser deformadas pela massa de um objeto entre ela e a Terra. Se os astrônomos são capazes de detectar essa deformação, eles também podem dizer de qual galáxia específica em uma área do céu o signo GW está vindo.

Uma vez que os astrônomos podem rastrear a galáxia precisa, criando uma onda gravitacional, o céu é (não) o limite. Eles podem restringir todos os tipos de características não apenas da galáxia geradora de ondas em si, mas também da galáxia à sua frente, criando a lente. Mas como exatamente os astrônomos devem fazer esse trabalho?

Esse é o foco do novo artigo de Ewoud Wempe, estudante de doutorado da Universidade de Groningen, e seus coautores. O artigo, publicado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, detalha várias simulações que tentam restringir a origem de uma onda gravitacional lente. Em particular, eles usam uma técnica semelhante à triangulação que os telefones celulares usam para determinar onde exatamente eles estão em relação aos satélites GPS.

O uso dessa técnica pode ser frutífero no futuro, já que os autores acreditam que há até 215.000 potenciais candidatos a lentes GW que seriam detectáveis em conjuntos de dados da próxima geração de detectores GW. Enquanto esses ainda estão chegando online, os mundos teórico e de modelagem continuam trabalhando duro tentando descobrir que tipo de dados seriam esperados para diferentes realidades físicas desse novo tipo de observação astronômica.

Fonte: phys.org