Distância Terra-Lua pode funcionar como detector de ondas gravitacionais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/03/2022

O Telescópio Einstein também vai procurar ondas gravitacionais que não são detectáveis com os observatórios atuais.
[Imagem: ASPERA]

Observatório natural

Uma característica básica dos observatórios de ondas gravitacionais é que eles são enormes, com centenas de metros, o que é necessário para dar-lhes a precisão necessária para capturar as ondas.

Tipicamente eles têm formato de L, com um espelho em cada um dos cantos. No ângulo reto que forma o L, um feixe de laser é dividido e disparado em direção aos dois outros cantos, sendo então refletidos de volta ao ponto de origem, onde são comparados com o feixe original. Qualquer onda gravitacional que passar por um desses "braços de laser" irá torná-lo ligeiramente mais longo do que o outro, alterando assim o padrão de interferência entre os lasers - uma alteração mínima, mas mensurável.

Dois físicos da Espanha e da Inglaterra estão propondo levar as dimensões desses braços ao extremo.

A ideia é usar as variações de distância entre a Terra e a Lua, que podem ser medidas com precisão inferior a um centímetro, como um novo detector de ondas gravitacionais.

E não se trata de nenhuma "ansiedade por precisão": Ocorre que esse detector natural será capaz de capturar ondas dentro de uma faixa de frequência que os observatórios atuais não conseguem detectar, mais precisamente, ondas gravitacionais do Universo primitivo.

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Detector de ondas gravitacionais

Os detectores de ondas gravitacionais varrem diferentes faixas de frequência, semelhante a mover um mostrador para sintonizar uma estação de rádio. No entanto, existem frequências impossíveis de cobrir com os dispositivos atuais. Um exemplo particularmente interessante são as ondas gravitacionais de microhertz, que podem ter sido produzidas no início do Universo - elas são praticamente invisíveis até mesmo para as tecnologias mais avançadas disponíveis hoje.

Foi aí que Diego Blas (Universidade Autônoma de Barcelona) e Alexander Jenkins (Universidade College de Londres) tiveram a ideia de abandonar os projetos mirabolantes e usar a distância entre a Lua e a Terra, que é ligeiramente modificada quando uma onda gravitacional passa por estas bandas do Universo.

Embora essas variações sejam minúsculas, Blas e Jenkins lembram que a posição exata da Lua é conhecida com um erro de no máximo um centímetro, graças ao uso de lasers enviados de diferentes observatórios, que são continuamente refletidos em espelhos deixados na superfície da Lua pela missão espacial Apolo e outras.

Essa incrível precisão - uma taxa de erro de um bilionésimo no máximo - permitirá que uma pequena perturbação causada por antigas ondas gravitacionais seja detectada. Além disso, a órbita da Lua dura aproximadamente 28 dias, o que se traduz em uma sensibilidade particularmente relevante quando se trata de microhertz, a faixa de frequência que os pesquisadores estão interessados.

Outra proposta envolve instalar um observatório de ondas gravitacionais na própria Lua.
[Imagem: K. Jani et al. - 10.1088/1475-7516/2021/06/044]

Observatórios cósmicos

A dupla vislumbra que não é necessário nem mesmo ficar restrito ao sistema Terra-Lua. Por exemplo, existem sistemas binários de pulsares distribuídos por toda a galáxia, sistemas nos quais o feixe de radiação do pulsar permite obter a órbita dessas estrelas com uma precisão incrível - com precisão de um milionésimo.

Como essas órbitas duram aproximadamente 20 dias, elas são particularmente afetadas pela passagem de ondas gravitacionais na faixa de frequência de microhertz. Blas e Jenkins concluem que esses sistemas também podem ser detectores desses tipos de ondas gravitacionais.

"O mais interessante talvez seja que este método complementa futuras missões da ESA/NASA, como o LISA, e observatórios que participam do projeto SKA (Square Kilometer Array), para alcançar uma cobertura quase total das ondas gravitacionais do nanohertz (SKA) às faixas de frequência centihertz (LIGO/VIRGO). Essa cobertura é vital para obter uma imagem precisa da evolução do Universo, bem como sua composição," disse Blas.

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