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Colaboração internacional oferece novas evidências de um fundo de onda gravitacional
Sinais consistentes como o recuperado com a análise do IPTA também foram publicados em conjuntos de dados individuais mais recentes do que os usados ​​no IPTA DR2, de cada uma das três colaborações fundadoras.
Por Universidade de Birmingham - 12/01/2022


Uma matriz de pulsares ao redor da Terra incorporados em um fundo de ondas gravitacionais de binários de buracos negros supermassivos. Os sinais dos pulsares medidos com uma rede de radiotelescópios globais são afetados pelas ondas gravitacionais e permitem o estudo da origem do fundo. Crédito: C. Knox

Os resultados de uma busca abrangente por um fundo de ondas gravitacionais de frequência ultrabaixa foi anunciado por uma equipe internacional de astrônomos, incluindo cientistas do Instituto de Astronomia de Ondas Gravitacionais da Universidade de Birmingham.

Essas ondulações na escala de anos-luz, uma consequência da teoria da relatividade geral de Einstein, permeiam todo o espaço-tempo e podem se originar de fusões dos buracos negros mais massivos do Universo ou de eventos ocorridos logo após a formação do Universo no Big Bang . Os cientistas procuram evidências definitivas desses sinais há várias décadas.

O International Pulsar Timing Array (IPTA), juntando-se ao trabalho de várias colaborações astrofísicas de todo o mundo, concluiu recentemente sua busca por ondas gravitacionais em seu mais recente lançamento oficial de dados, conhecido como Data Release 2 (DR2).

Este conjunto de dados consiste em dados de tempo de precisão de pulsares de 65 milissegundos - remanescentes estelares que giram centenas de vezes por segundo, varrendo feixes estreitos de ondas de rádio que aparecem como pulsos devido à rotação - obtidos combinando os conjuntos de dados independentes dos três fundadores do IPTA membros: O Pulsar Timing Array Europeu (EPTA), o Observatório Norte-Americano de Nanohertz para Ondas Gravitacionais (NANOGrav) e o Parkes Pulsar Timing Array na Austrália (PPTA).

Esses dados combinados revelam fortes evidências de um sinal de frequência ultrabaixa detectado por muitos dos pulsares nos dados combinados. As características deste sinal comum entre pulsares estão de acordo com as esperadas de um "fundo" de onda gravitacional.

O fundo da onda gravitacional é formado por muitos sinais de ondas gravitacionais sobrepostos diferentes emitidos da população cósmica de buracos negros binários supermassivos (ou seja, dois buracos negros supermassivos orbitando um ao outro e eventualmente se fundindo) - semelhante ao ruído de fundo das muitas vozes sobrepostas em um corredor.

Este resultado fortalece ainda mais o surgimento gradual de sinais semelhantes que foram encontrados nos conjuntos de dados individuais das colaborações de tempo de pulsar participantes nos últimos anos.
 
O professor Alberto Vecchio, diretor do Instituto de Astronomia de Ondas Gravitacionais da Universidade de Birmingham e membro da EPTA, diz: "A detecção de ondas gravitacionais de uma população de binários de buracos negros maciços ou de outra fonte cósmica nos dará insights sem precedentes sobre como as galáxias se formam e crescem, ou processos cosmológicos que ocorrem no universo infantil. Um grande esforço internacional da escala do IPTA é necessário para atingir esse objetivo, e os próximos anos podem nos trazer uma era de ouro para essas explorações do universo ."

"Este é um sinal muito emocionante! Embora ainda não tenhamos evidências definitivas, podemos estar começando a detectar um fundo de ondas gravitacionais", diz o Dr. Siyuan Chen, membro do EPTA e NANOGrav, e líder do IPTA Pesquisa e publicação de DR2.

O Dr. Boris Goncharov do PPTA adverte sobre as possíveis interpretações de tais sinais comuns: "Também estamos investigando o que mais esse sinal poderia ser. Por exemplo, talvez possa resultar de ruído presente em dados de pulsares individuais que podem ter foi modelado incorretamente em nossas análises."

Para identificar o fundo da onda gravitacional como a origem desse sinal de frequência ultrabaixa, o IPTA também deve detectar correlações espaciais entre pulsares. Isso significa que cada par de pulsares deve responder de uma maneira muito particular às ondas gravitacionais, dependendo de sua separação no céu.

Essas correlações de assinatura entre pares de pulsares são a "arma fumegante" para uma detecção de fundo de ondas gravitacionais. Sem eles, é difícil provar que algum outro processo não é responsável pelo sinal. Curiosamente, a primeira indicação de um fundo de onda gravitacional seria um sinal comum como o visto no IPTA DR2. Se este sinal de frequência ultrabaixa espectralmente semelhante está ou não correlacionado entre pulsares de acordo com as previsões teóricas será resolvido com mais coleta de dados, matrizes expandidas de pulsares monitorados e buscas contínuas dos conjuntos de dados maiores e mais longos resultantes.

Sinais consistentes como o recuperado com a análise do IPTA também foram publicados em conjuntos de dados individuais mais recentes do que os usados ​​no IPTA DR2, de cada uma das três colaborações fundadoras. A análise do IPTA DR2 demonstra o poder da combinação internacional dando fortes evidências para um fundo de onda gravitacional em comparação com as evidências marginais ou ausentes dos conjuntos de dados constituintes. Além disso, novos dados do telescópio MeerKAT e do Indian Pulsar Timing Array (InPTA), o mais novo membro do IPTA, expandirão ainda mais os conjuntos de dados futuros.

"O primeiro indício de uma onda gravitacional de fundo seria um sinal como o visto no IPTA DR2. Então, com mais dados, o sinal se tornará mais significativo e mostrará correlações espaciais, momento em que saberemos que é uma onda gravitacional Estamos muito ansiosos para contribuir com vários anos de novos dados para o IPTA pela primeira vez, para ajudar a obter uma detecção de fundo de ondas gravitacionais", disse o Dr. Bhal Chandra Joshi, membro do InPTA.

Dados os últimos resultados publicados dos grupos individuais que agora todos podem recuperar claramente o sinal comum, o IPTA está otimista com o que pode ser alcançado uma vez que eles sejam combinados no IPTA Data Release 3. O trabalho já está em andamento neste novo lançamento de dados, que no mínimo incluirá conjuntos de dados atualizados dos quatro PTAs constituintes do IPTA. Espera-se que a análise do conjunto de dados do DR3 seja concluída nos próximos anos.

A Dra. Maura McLaughlin da colaboração NANOGrav diz: "Se o sinal que estamos vendo atualmente é o primeiro indício de uma onda gravitacional de fundo , então, com base em nossas simulações, é possível que tenhamos medidas mais definidas das correlações espaciais necessárias para identificar a origem do sinal comum em um futuro próximo."

 

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