Nova abordagem para detecção de ondas gravitacionais abre a fronteira dos mili-Hz

Cientistas revelaram uma nova abordagem para detectar ondas gravitacionais na faixa de frequência de mili-Hertz, fornecendo acesso a fenômenos astrofísicos e cosmológicos que não são detectáveis ​​com os instrumentos atuais.

Ondas gravitacionais de buracos negros em fusão. Ilustração 3D. Crédito: Peter Jurik/Alamy 

Ondas gravitacionais — ondulações no espaço-tempo previstas por Einstein — foram observadas em altas frequências por interferômetros terrestres, como o LIGO e o Virgo, e em frequências ultrabaixas por matrizes de temporização de pulsares. No entanto, a faixa intermediária permanece um ponto cego para a ciência.

Desenvolvido por pesquisadores das Universidades de Birmingham e Sussex, o novo conceito de detector usa tecnologias de ponta de cavidade óptica e relógio atômico para detectar ondas gravitacionais na elusiva faixa de frequência de mili-Hertz (10⁻⁵–1 Hz).

Ao publicar sua proposta na revista Classical and Quantum Gravity , os cientistas revelam um detector que utiliza avanços na tecnologia de ressonadores ópticos, originalmente desenvolvidos para relógios atômicos ópticos , para medir pequenas mudanças de fase na luz laser causadas pela passagem de ondas gravitacionais . Ao contrário dos interferômetros de larga escala, esses detectores são compactos e relativamente imunes a ruídos sísmicos e newtonianos.

A coautora Dra. Vera Guarrera, da Universidade de Birmingham, comentou: "Usando tecnologia desenvolvida 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."

Espera-se que a faixa de frequência de mili-hertz — às vezes chamada de "faixa média" — hospede sinais de uma variedade de fontes astrofísicas e cosmológicas, incluindo binários compactos de anãs brancas e fusões de buracos negros. Missões espaciais ambiciosas, como a LISA, também visam essa faixa de frequência , mas seu lançamento está previsto para a década de 2030. Os detectores ressonadores ópticos propostos poderiam começar a explorar esse território agora.

O coautor Professor Xavier Calmet, da Universidade de Sussex, comentou: "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."

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.

Phys.org