Este pequeno dispositivo pode abrir uma janela totalmente nova para o universo

Cientistas projetaram um novo detector compacto capaz de detectar ondas gravitacionais em uma faixa de frequência há muito perdida, potencialmente revelando eventos cósmicos nunca antes observados.

Pesquisadores construíram um detector pequeno, mas poderoso, para encontrar ondas gravitacionais em uma faixa de frequência oculta. A descoberta pode expor atividades invisíveis de buracos negros e ecos do universo primitivo. Crédito: Shutterstock 

Usando cavidades ópticas de precisão e tecnologia de relógio atômico, pesquisadores das Universidades de Birmingham e Sussex pretendem detectar as elusivas ondas de mili-Hertz produzidas por fusões de buracos negros , binários de anãs brancas e até mesmo remanescentes do universo primitivo.

Quebrando o ponto cego da onda gravitacional

Cientistas introduziram um método inovador para detectar ondas gravitacionais na faixa de frequência de mili-Hertz, abrindo uma nova janela para eventos astrofísicos e cosmológicos que os observatórios atuais ainda não conseguem alcançar.

Ondas gravitacionais, que Einstein previu como ondulações na estrutura do espaço-tempo, foram detectadas em altas frequências usando instrumentos terrestres como o LIGO e o Virgo, e em frequências muito baixas com matrizes de temporização de pulsares . No entanto, a faixa intermediária entre esses extremos permaneceu inacessível à observação por muito tempo.

Pesquisadores das Universidades de Birmingham e Sussex propuseram um detector compacto que usa tecnologias avançadas de cavidade óptica e relógio atômico para detectar ondas gravitacionais dentro dessa faixa elusiva de mili-Hertz (10 -5 – 1 Hz).

Ressonadores ópticos encontram relógios atômicos

Em um artigo publicado em 3 de outubro na revista Classical and Quantum Gravity , a equipe descreve um detector que aplica técnicas desenvolvidas inicialmente para relógios atômicos ópticos. Essas inovações no design do ressonador óptico permitem medir variações extremamente pequenas na luz do laser à medida que as ondas gravitacionais passam. Ao contrário dos interferômetros massivos, este design é compacto e resistente a ruídos sísmicos e newtonianos.

A coautora Dra. Vera Guarrera, da Universidade de Birmingham, explicou: “Usando tecnologia amadurecida no contexto de relógios atômicos ópticos, podemos estender o alcance da detecção de ondas gravitacionais para uma faixa de frequência completamente nova, com instrumentos que cabem em uma mesa de laboratório. Isso abre a possibilidade empolgante de construir uma rede global desses detectores e buscar sinais que, de outra forma, permaneceriam ocultos por pelo menos mais uma década.”

Uma janela para as origens cósmicas

Espera-se que a faixa de mili-hertz, frequentemente chamada de "banda média", contenha sinais de uma ampla variedade de fontes astrofísicas e cosmológicas, incluindo binárias de anãs brancas e buracos negros em fusão. Grandes projetos espaciais, como o LISA, são projetados para explorar essa mesma faixa, mas não se espera que entrem em operação antes da década de 2030. Em contraste, os detectores ressonadores ópticos propostos poderão começar a estudar esses fenômenos muito antes.

O coautor Professor Xavier Calmet, da Universidade de Sussex, acrescentou: “Este detector nos permite testar modelos astrofísicos de sistemas binários em nossa galáxia, explorar as fusões de buracos negros massivos e até mesmo procurar por fundos estocásticos do universo primordial. Com este método, temos as ferramentas para começar a sondar esses sinais do solo, abrindo caminho para futuras missões espaciais.”

Preenchendo a lacuna antes do LISA

Embora futuras missões espaciais como a LISA ofereçam sensibilidade superior, sua operação ainda levará mais de uma década. Os detectores de cavidade óptica propostos fornecem um meio imediato e econômico de explorar a banda de mili-Hz.

O estudo também sugere que a integração desses detectores com redes de relógios existentes poderia estender a detecção de ondas gravitacionais para frequências ainda mais baixas, complementando observatórios de alta frequência como o LIGO.

Cada unidade consiste em duas cavidades ópticas ortogonais ultraestáveis ​​e uma referência de frequência atômica, permitindo a detecção multicanal de sinais de ondas gravitacionais. Essa configuração não apenas aumenta a sensibilidade, mas também permite a identificação da polarização da onda e da direção da fonte.

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