Cientistas usam estrelas de nêutrons e radiação cósmica de fundo para encontrar novas ondas gravitacionais: ciência Donga

Ilustração mostrando dois buracos negros gerando ondas gravitacionais. Fornecido pelo Laboratório de Imagens Conceituais do Goddard Space Flight Center da Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço

Em setembro de 2015, uma pequena oscilação de 0,15 segundos foi capturada por um instrumento chamado Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Este foi o momento em que as “ondas gravitacionais” previstas pelo genial cientista Albert Einstein foram observadas pela primeira vez. Em 2016, o Grupo de Colaboração Científica LIGO, que incluía cientistas coreanos, anunciou a primeira observação de ondas gravitacionais em fevereiro de 2016, marcando o início da era da “astronomia de ondas gravitacionais”, que explora os mistérios do nascimento do universo usando a gravidade. . ondas. Em 2017, três físicos que contribuíram para a descoberta das ondas gravitacionais receberam o Prêmio Nobel de Física. Desde então, a detecção de ondas gravitacionais tornou-se rotina, tendo sido detectadas mais de 100 ondas gravitacionais.

A maioria das ondas gravitacionais confirmadas foram observadas usando luz laser. Os cientistas estão se concentrando em tentativas de observar ondas gravitacionais usando outros métodos além dos lasers. Isso ocorre porque a frequência das ondas gravitacionais que podem ser observadas com a luz do laser é limitada. No dia 27 do mês passado (horário local), a revista acadêmica internacional Nature apresentou os esforços dos cientistas para detectar ondas gravitacionais de diferentes frequências.

● Os possíveis fenômenos celestes que podem ser confirmados variam de acordo com a frequência.

Ondas gravitacionais são “ondas espaço-temporais” que ocorrem quando objetos com massa colidem ou se fundem e se movem em um movimento que altera sua velocidade. Quando dois buracos negros, os objetos mais pesados ​​do universo, se fundem, ou quando objetos massivos colidem, as ondas gravitacionais se propagam como ondas pelo espaço sideral. É semelhante a quando você joga uma pedra em um lago, ondas aparecem em círculo ao redor da pedra.

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As ondas gravitacionais foram detectadas pela primeira vez mais de 100 anos depois de Einstein as ter previsto em 1915. A razão pela qual as ondas gravitacionais são tão difíceis de detectar é que a força das ondas gravitacionais sentidas na Terra é muito fraca.

Uma equipe de pesquisa conjunta liderada pelo LIGO Science Collaboration Group detectou pela primeira vez ondas gravitacionais usando luz laser. Usamos o LIGO, um túnel de vácuo em forma de L de 4 km localizado no leste e oeste dos Estados Unidos. Foi aplicado o princípio da “interferometria laser”, que separa os feixes de laser da própria fonte de luz, os envia em diferentes direções, os reflete de volta ao espelho, os coleta em um só lugar e cria interferência para detectar pequenas mudanças nas ondas.

O LIGO só pode detectar ondas gravitacionais entre frequências de 10 hertz (Hz) e 1000 Hz. Ao detectar ondas gravitacionais com frequência inferior à detectada pelo LIGO, podem ser observados fenômenos celestes de maior energia. O fenômeno do buraco negro resultante da fusão de estrelas e do crescimento e colisão de buracos negros maiores ou supermassivos pode ser observado como ondas gravitacionais de comprimento de onda longo, em vez de baixa frequência. Até o buraco negro no centro da galáxia, conhecido como buraco negro supermassivo, cuja massa é 10 milhões de vezes a do Sol, pode ser observado.

Por outro lado, a detecção de ondas gravitacionais de alta frequência permite o estudo de fenômenos celestes de energia relativamente baixa. “Quando duas estrelas de nêutrons colidem e se fundem em uma estrela, elas vibram e depois se acalmam e se estabilizam. Neste momento, a gravidade é formada”, disse Seung Ho Lee, pesquisador sênior do Centro de Astronomia e Tecnologia Espacial do Instituto Coreano de Astronomia e Ciências Espaciais. São geradas ondas de alta frequência de até vários KHZ”, disse ele, acrescentando: “Se você observar isso, poderá ver o interior da estrela de nêutrons. Podemos estudá-lo.”

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Além do LIGO, os instrumentos que observam ondas gravitacionais usando luz laser na Terra incluem o VIRGO na Europa e o CAGR no Japão. Os cientistas também estão construindo um detector de ondas gravitacionais de próxima geração que usa luz laser. Exemplos representativos incluem o Telescópio Einstein (ET) na Europa e o projeto Cosmic Explorer nos Estados Unidos.

● O advento da detecção de ondas gravitacionais usando pulsares

Além da interferometria a laser, o método de detecção de ondas gravitacionais que mais chama a atenção é aquele que utiliza o tempo que leva para a luz emitida quando um pulsar, uma estrela de nêutrons girando em alta velocidade, chega à Terra. Este é o princípio de detecção de ondas gravitacionais, capturando o momento em que o período do pulsar muda ligeiramente à medida que o espaço-tempo se deforma à medida que a onda gravitacional passa.

“Usando pulsares, podemos detectar ondas gravitacionais em n Hz (nanohertz)”, disse Kim Jeong-ri, professor de física na Ewha Womans University. Os cientistas coletaram dados de observação de pulsares nos últimos 20 anos e irão analisar esses dados. “Poderemos observar a superposição de ondas gravitacionais supermassivas”, disse ele.

Além disso, é proposto um método que utiliza a “radiação cósmica de fundo”, a “energia quântica” e o fenômeno da interferência atômica, que é o acúmulo total de ondas eletromagnéticas presentes no universo. A Agência Espacial Europeia (ESA) anunciou em fevereiro deste ano que iniciará a construção da Antena Espacial de Interferômetro Laser (LISA), um telescópio espacial que detectará ondas gravitacionais de baixa frequência no espaço sideral pela primeira vez na história, começando em 2025.

“Existem muitas teorias não verificadas sobre o universo, como cenários de evolução de buracos negros e cenários de criação e fusão de buracos negros primordiais no universo primitivo”, disse o pesquisador Li. “A análise de ondas gravitacionais com diferentes frequências fornecerá uma visão abrangente. visão geral.” “Entenda o universo”, disse ele.

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