‘Ondas Gravitacionais’; ‘Buracos Negros’ & ‘Matéria Escura’

“Não é tarefa fácil observá-las… Viajando, assim como ondas eletromagnéticas, a 300 mil km/s… as fugidias ‘ondas gravitacionais’ são muito mais fracas. Estas invisíveis ondulações no tecido do espaço-tempo – previstas por Albert Einstein – estão abrindo nova era na…Astronomia – descortinando aos cientistas…a possibilidade de perceber aspectos do Universo, antes invisíveis tais como buracos negros, e matéria escura.”

Ondas gravitacionais“… – representam deformações na estrutura do ‘espaçotempo’, se propagando à velocidade da luz…criadas por massas aceleradas em ‘eventos críticos’. Sugeridas entre…final do século 19, e início do 20 por cientistas como Oliver HeavisideHendrik Lorentz, Henri Poincaré… foram previstas em 1916 pelas equações da ‘teoria da Relatividade Geral’ – de Albert Einstein.

A distorção da estrutura espaçotempo pela presença de um corpo de grande massa, prevista na Teoria da Relatividade Geral, foi confirmada em 29 de maio de 1919 no             eclipse total do Sol observado por uma equipe internacional em…Sobral/Ceará. No entanto, evidências dessas “ondas virtuais” ainda eram indiretas. Na década de 70, cientistas observaram no radiotelescópio de Arecibo/Porto Rico, de 305 metros de diâmetro – um decréscimo da ordem de 76 microssegundos ao ano na órbita do        sistema binário PSR1913+16, formado por 1 pulsar…e outra ‘estrela de neutrons’.              A variação de rotação do sistema se explicou pela emissão de ondas gravitacionais.

As ‘ondas gravitacionais‘ são definidas como deformações no espaço-tempo… — podendo ser comparadas às  ondas que se formam quando uma pedra é lançada…sobre as águas de um lagose propagando conforme  a teoria – à velocidade da luz.

Representam o último teste da  Relatividade Geral de Einstein  formulada em 1916 (as demais predições estão comprovadas).

A observação do cosmos em ondas de rádio desenhou um novo mapa do Universo,    porém, a deteção dessas…”ondas gravitacionais”…vai ser tão, ou mais importante,          pois elas carregam informações impossíveis de se obter, pela observação de ondas eletromagnéticas (microondas, infravermelho, luz, raios gama, etc.)Estas ondas              de fato vão abrir uma nova janela à observação do Universo, ampliando em muito            seus horizontes. Assim como fez a radioastronomia com as microondas, as ‘ondas gravitacionais’ do “Big Bang” também poderão ser captadas… – A diferença é que, enquanto as “ondas eletromagnéticas” fornecem uma ‘foto’ de quando o Universo          tinha 300 mil anos (CMB), as ondas gravitacionais em microondas darão a foto”              do universo, no tempo exato de sua “criação”. Algo para ir pro “álbum da ciência”.

(texto base, jan/2001) consultaDetetores de Ondas Gravitacionais (fev/2013)    ***************************************************************************

Confirmada a deteção de ondas gravitacionais (set/2015)                                                A última grande previsão de Albert Einstein sobre o universo acaba de ser                        confirmada, um século após ser proposta…”ondas gravitacionais existem”,                              e uma experiência nos EUA (interferômetro LIGO) as detetou pela 1ª vez.

Segundo a “Relatividade Geral“, há objetos que transformam parte de sua                      massa em energia, e a emitem em forma de ondasviajando à velocidade                              da luz, deformando o espaço e o tempo à sua passagem… A origem dessas                      ondas gravitacionais (passíveis de deteção) é a fusão de 2 buracos negros,                            do tipo supermassivo, um dos eventos mais violentos, depois do Big Bang.

Einstein as previu em 1916, mas também advertiu que, se realmente existirem fusões desse tipo, elas acontecem em lugares tão longínquos…que suas vibrações seriam indetetáveis na Terra. – Confirmar sua teoria, abre a possibilidade de usar essas ondas gravitacionais para estudar o universo de uma forma totalmente nova. – Isso porque elas permitirão entender como se formam buracos negros, quantos existem, e também conhecer com mais detalhes, o ciclo vital das estrelas, e do universo. Além disso, tais sinais cósmicos mostrarão se esses fenômenos ocorrem conforme à “Relatividade”…ou se precisamos buscar outra explicação.

Detetor LIGO (Observatório de Interferometria a Laser de Ondas Gravitacionais)

Os objetos que produzem ondas gravitacionais estão a milhões de anos-luz…tão longe da Terra que chegam aqui como ínfimas ondulações do espaço e tempo. – Para captá-las foi preciso construir um grande instrumento ótico de precisão desenvolvido pelos institutos tecnológicos da Califórnia (Caltech) e Massachusetts (MIT) e pela Colaboração “LIGO”, com uma participação aproximada de 1.000 cientistas…de 15 países – inclusive o Brasil.

imagesA instalação consta de 2 detetores a laser com formato de L. Cada braço desse L tem 4 kms… — sendo que o conjunto é formado por 2 detetores idênticos, a 3 mil kms um do outro; um em Livingston (Louisiana)…e o outro em Hanford… – Washington.

Eles são necessários para evitar “falsos positivos” causados por qualquer vibração local, como terremotos, tráfego ou flutuações do próprio laser. Diferentemente desses fatores, uma onda gravitacional causa uma perturbação exatamente igual, num ou noutro lugar.    Estes detetores desde 2002 estão procurando ondas gravitacionais … e em setembro de 2015, começou a funcionar o ‘LIGO Avançado’, uma versão aprimorada do detetor, que multiplica por 10 a sensibilidade dos “braços de laser” – e, portanto…a distância à qual podem captar “ondas gravitacionais”. — Atualmente… é possível detetar alterações nos braços de laser equivalentes a 1/10 de milésimo do diâmetro do núcleo atômico, sendo essa a medição mais precisa já obtida por uma ferramenta científica…segundo o ‘LIGO’.

O que se observou?…Sua natureza…Sua origem                                                        “Exceto pelo Big Bang…as fusões de buracos negros são                                                              os eventos mais luminosos do universo”. (Sascha Husa)

De acordo com o anúncio, o LIGO, nos EUA, captou as ondas produzidas pela fusão de dois buracos negros. Seria a primeira vez que ondas gravitacionais são captadas, e isso ocorre justamente 1 século após Einstein antever sua existência. – Até agora…só havia provas indiretas dessas ondas…Em 1978, Rusell Hulse e Joseph Taylor demonstraram    que um pulsar binário (2 estrelas orbitando juntas, sendo uma delas…pulsar) estavam alterando de leve sua órbita pela emissão de energia do tipo ‘ondas gravitacionais’, em uma quantidade idêntica à prevista pela “Teoria da Relatividade”. – Os dois cientistas receberam o Nobel de Física em 1993 por esse trabalho. E, posteriormente… em 2003,      foi confirmado o mesmo fenômeno com outra dupla estelar…neste caso, de 2 pulsares.

Agora, o Observatório da Interferometria a Laser de Ondas Gravitacionais (LIGO), patrocinado pela ‘Fundação Nacional de Ciências’ dos EUA, anunciou pela 1ª vez a            deteção direta de ondas produzidas no choque de 2 buracos negros, confirmando a      teoria de Einstein. O primeiro sinal foi captado, simultaneamente, em 14/09/2015,      pelos 2 idênticos aparelhos detetores do experimento…Esse sinal provinha de uma violenta fusão ocorrida há 1,3 bilhão de anos entre 2 BNs com uma massa entre 29              e 36 vezes maior que a do Sol. Em uma fração de segundo, uma massa equivalente            ao triplo do Sol foi liberada na forma de “ondas gravitacionais” … por um processo perfeitamente descrito — nos termos da equação mais famosa do mundo:  E=mc2.

Kip Thorne

Comparáveis às ondas que se deslocam na superfície de um lago ou com o som no ar, as ondas gravitacionais à velocidade da luz, distorcem tempo e espaço. – Todavia,  esses…efeitos… – tais como “tempestades selvagens”… segundo a abalizada opinião de Kip Thorne…devem ser especialmente intensos… — nas proximidades da ‘fonte’.

Perspectivas (das “ondas gravitacionais”)                                                                                    “É uma descoberta histórica, que abre uma nova era na compreensão do cosmo”.

Nas palavras de Alicia Sintes, física da Universidade das Ilhas Baleares‘, e líder do grupo espanhol envolvido na experiência…“nossos ouvidos agora, começam a escutar a sinfonia do universo”…pois a frequência dessas ondas gravitacionais…ao coincidir com as do som, podem ser traduzidas, para assim então escutarmos… objetos que antes eram totalmente invisíveis, especialmente buracos negros. Sua equipe realizou simulações…reproduzindo, segundo a Lei da Relatividade – todos os fenômenos que essas ondas poderiam produzir: duplas de estrelas de neutrons…supernovas…buracos negros…Essas simulações foram comparadas com a frequência do sinal real captado no LIGO, e assim foi possível saber o que exatamente aconteceu … qual é a fonte das ondas… a que distância se encontra… etc.

Até agora…toda informação que temos do cosmo (5%) é pela luz em seus diferentes comprimentos de onda (visível, infravermelha, ondas de rádio, raios-X, etc). Ondas gravitacionais nos dão mais um sentidoe permitem saber o que está acontecendo,        onde não enxergávamos nada. — A intensidade e frequência das ondas nos permite reconstruir o que aconteceu na origem… – a causa do fenômeno … as propriedades          dos corpos, e também permite saber se a Teoria da Relatividade Geral permanece        válida…nas escalas de pressão e gravidade mais intensa que podem ser concebidas.        Isso porque, explosões estelares de supernovas, fusões de pares de pulsares, e BNs produzem ondas gravitacionais com mais energia do que se possa imaginar Mas,        esses fenômenos não são muito frequentes – e acontecem… muito distantes daqui. Quando suas ondas chegam até nossa vizinhança são tão fracas que detetá-las representa um dos maiores ‘desafios tecnológicos’enfrentados pela humanidade.

A busca por ‘ondas gravitacionais’ está apenas começando. Com a configuração atual,        o LIGO pode enxergar a uma distância de aproximadamente um bilhão de anos-luz da Terra, mas sua equipe já prepara novos incrementos tecnológicos para aumentar sua sensibilidade… Além disso…no segundo semestre deste ano (2015)…deve entrar em funcionamento uma versão aprimorada do detetor europeu VIRGO, sendo que a ‘ESA’  (Agência Espacial Européia) recentemente lançou a missão LISA Pathfinder, com o objetivo de viabilizar um futuro observatório espacial para fenômenos desse tipo…E o  LIGO por sua vez, atingirá sua potência máxima em 2020. (texto base 1) (texto base 2********************************************************************************

Sonda espacial parte em busca do “eco” das ondas gravitacionais (dez/2015)        ‘Ondas gravitacionais’ geradas por um par de ‘buracos negros’ esticaria uma régua de 1 milhão de quilômetros…em um comprimento menor…do que o tamanho de um átomo.

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A sonda LISA Pathfinder (concepção artística) irá tentar observar as ondas gravitacionais a partir do espaço.

A longamente esperada sonda espacial “LISA Pathfinder” da Agência Espacial Europeia (ESA) foi finalmente lançada ao espaço, a bordo de um foguete Vega, partindo de Kourou (Guiana Francesa).  O objetivo da missão é detetar “ondas gravitacionais“…cujas flutuações no espaçotempo… de acordo com a teoria, seriam geradas…por objetos de grande massa… em alta velocidade. – A maior dificuldade de observar essas ondas, é que se tamanho … é ‘pequeno demais’.

A sonda ‘LISA Pathfinder’ irá testar a tecnologia mais precisa já construída, na tentativa de observar as ondas gravitacionais a partir do espaço. No centro do experimento está um par de cubos de platina e ouro, idênticos, medindo 46 milímetros e separados um do outro por 38 centímetros. Dentro da sonda eles estão isolados de todas as forças, externas e internas, que poderiam atuar sobre eles, exceto uma: a “gravidade”. Durante a missão, estes 2 cubos irão sofrer uma…”queda livre” no espaço – tendo suas posições relativas monitoradas com uma precisão inédita, estabelecendo as bases para a observação das ‘ondas gravitacionais’.

Estas ‘medições’ serão complementares às realizadas por diversos observatórios em terra…uma vez que as experiências no espaço, e               em terra são sensíveis a diferentes fontes de ondas gravitacionais.

Sonda espacial parte em busca das ondas gravitacionais

Esquema do detetor de ondas gravitacionais da sonda LISA Pathfinder [ESA/ATG Medialab]

Quando a sonda chegar à sua órbita final os 2 cubos serão liberados do ‘mecanismo‘ que os prendeu. Uma vez chegando lá…este será destravado, e os cubos deixarão de estar em contato mecânico com a nave.

Um complexo sistema de lasers – entre os 2 cubos começará então a avaliar o quão perto eles estão da verdadeira ‘queda livre‘ … com uma precisão, de bilionésimos de milímetro.

(Calcula-se que as ondas gravitacionais tenham dimensões da ordem de alguns “milionésimos de milímetro” … — para distâncias de milhões de quilômetros.)

A “própria nave”… será uma parte ativa do experimento… – ao disparar… minúsculos motores… – cerca de 10 vezes por segundo,    para ajustar sua posição e evitar entrar em contato com os ‘cubos’ – protegendo-os de qualquer força… que pudesse evitar que se movam… sob exclusiva ‘ação da gravidade’.

“Depois de muitos anos de desenvolvimento e teste em terra, estamos ansiosos pelo teste derradeiro, que só pode ser feito no espaço. – Em apenas algumas semanas…estaremos explorando a própria natureza da gravidade no espaço… – o que nos permitirá ganhar confiança para construir um observatório espacial de grande escala a fim de estudar o universo gravitacional… – no futuro”…  explicou Paul McNamara…gerente do projeto.

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Pontos de Lagrange por distribuições gravitacionais. No sistema Sol-Terra, a massa maior representa o Sol, e a menor a Terra. (Representações fora de escala)

Pontos de Lagrange

Ao longo das 2 semanas seguintes, a nave irá elevar-se através de 6 queimas de seus motores… – para finalmente… atingir sua “posição operacional” … em órbita de um ‘ponto virtual’ estável no espaço chamado L1 – Ponto de Lagrange 1 … a cerca de 1,5 milhão de kms daqui (aproximadamente,  um centésimo da distância – Terra…Sol).

A expectativa é que a “LISA Pathfinder atinja sua órbita operacional cerca de 10 semanas após o lançamento em meados de fevereiro/2016…Após as verificações finais — começará sua missão científica, com a duração de 6 meses.  (texto base) *************************************

A colisão de 2 buracos negros distorceu o espaçotempo, e foi aqui detetada Estudos anteriores confirmaram a existência de “ondas gravitacionais” geradas pela aceleração (ou desaceleração) de objetos maciços…através de métodos indiretos. – A descoberta do observatório ‘LIGO‘… – foi a primeira deteção direta desse fenômeno.

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A deteção das ondas gravitacionais pelos 2 observatórios LIGO. (NSF)

As ‘ondas gravitacionais’ – ondulações cósmicas que distorcem o espaço-tempo, foram diretamente detectadas pela 1ª vez na história!…  Em anúncio feito no dia 11/02/2016, pesquisadores do “Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory“…(‘LIGO‘)   relataram a deteção de “ondas gravitacionais”… O sinal captado veio da colisão de dois buracos negros, e foi detetado no dia 14/09/2015 por detetores gêmeos na Louisiana e   em Washington, EUA. Esta colisão cósmica enviou ondas gravitacionais viajando à velocidade da luz, causando ondulações no tecido do espaçotempo… – similar à forma como uma pedra perturba a água de uma lagoa, quando nela arremessada. – A colisão entre BNs com 29 e 36 massas solares ocorreu há 1,3 bilhões de anos. No evento cerca      de 3 massas solares se converteram em ondas gravitacionais…em menos de 1 segundo.

A deteção das ondas gravitacionais é um marco na astronomia e astrofísica. Ao contrário de ondas de luz, ondas gravitacionais não ficam distorcidas… ou alteradas por interações com a matéria, enquanto se propagam pelo espaço… – Elas carregam a ‘informação pura’ sobre objetos e eventos que os criaram… E, como disseram os membros da equipe LIGO:    “Com esta forma completamente nova de examinar objetos e fenômenos astrofísicos…as ondas gravitacionais abrirão uma nova janela sobre o universo – fornecendo vislumbres      de maravilhas inéditas, e invisíveis … aumentando incrivelmente nossa compreensão de sua natureza — incluindo noções do espaço…e do tempo em si”. (texto base — fev/2016)  **********************************************************************************

‘LIGO’ (em terra) vê as 1ªs ondas gravitacionais de 2 buracos negros (fev/2016)

Essencialmente, todas as previsões da Teoria da Relatividade Geral foram encontradas, mas a existência das ondas gravitacionais foi… – até AGORA… irritantemente difícil de provar diretamente…O que faz das ondas gravitacionais detetadas pelo LIGO, algo tão incrível. Elas foram capturadas de uma espiral mortal entre 2 enormes buracos negros,      a 1,3 bilhões de anos-luz da Terra… — que se fundiram em um “catastrófico evento“.

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CONCEPÇÃO ARTÍSTICA das ondas gravitacionais emitidas por dois buracos negros se fundindo.

Nós já tivemos algumas boas evidências da existência de tais… “buracos negrosbinários antes, mas este novo resultado basicamente…prova que eles existem, e que — ao longo do tempo … finalmente colidem…e se fundem…Os BNs tinham 36 e 29 massas solares…antes da fusão. Depois disso criaram um buraco negro único… – com 62 vezes a massa do Sol.  Podemos perceber que tais massas não se somam corretamente – há 3 massas solares desaparecidas. Mas essa massa supostamente eliminada, se converteu na energia…em parte detetada… – das próprias ondas gravitacionais; energia equivalente…àquela quantidade que o Sol liberaria — em 15 trilhões de anos.

Um uivo… na escuridão                                                                                                        No final, o aumento da altura foi extremamente rápido — emitindo um sinal sonoro”.

A frequência das ondas depende de quão rapidamente 2 objetos orbitam um ao outro. À medida em que a órbita dos buracos negros encolhia, eles giravam em torno de si…mais    e mais rápido; e a frequência das ondas gravitacionais subia. E quanto mais depressa os buracos negros se moviam, mais eles emitiam ainda mais ondas, que fazia com que eles perdessem energia mais rapidamente; e assim sucessivamente…em um ‘efeito runaway‘.

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Os dados reais recebidos pelas instalações LIGO. As agitações são devidas à deformação física do espaço conforme as ondas gravitacionais emitidas pelos buracos negros se fundindo chegavam à Terra.

Os buracos negros se aproximaram mais — girando mais e mais rápido, emitindo ondas gravitacionais mais fortes… com frequências mais altas,  até que os BNs se fundiram, em um buraco negro maior. O que o ‘LIGO’ enxergou quando isso aconteceu foi      a ‘assinatura‘, com frequência mais elevada… das ‘ondas gravitacionais’.

O som também é uma onda… – e… a frequência de ondas sonoras, é o que interpretamos como sua altura…Um som de frequência superior…tem um tom mais alto… Conforme os BNs se aproximam da “fusão” — sobe mais rapidamente a frequência das ondas.

Na analogia do som, é como se a nota que estivessem cantando…à medida que se aproximavam, ficasse mais forte e alta; emitindo um “sinal sonoro”.

Literalmente, um sinal sonoro é um som em que a frequência aumenta rapidamente (ouça um aqui). Portanto, a assinatura de 2 buracos negros (ou estrelas de neutrons…ou mesmo, anãs brancas) girando e se fundindo é um sinal sonoro nas ondas gravitacionais. Capturar esse sinalsignifica testemunhar os “buracos negros” no exato momento da “fusão”…E, o que aumenta a certeza da deteção: o sinal dos buracos negros se fundindo foi constatado no detetor de Washington, e…a seguir…7 milésimos de segundo mais tarde, em Louisiana. Esse atraso foi devido às ondas … que se deslocam à velocidade da luz…através do espaço!

Uma nova era na astronomia começa

Em muitos casos, as ‘ondas gravitacionais’ são emitidas — a partir de objetos que não podemos ver diretamente como os BNs se fundindo ou estrelas de neutrons binárias. Às vezes porém…esses objetos emitem luz visível. Uma supernova (explosão estelar) pode emitir “ondas gravitacionais”.

De forma ainda mais acentuada… – quando 2 estrelas de neutrons se fundem, e formam um buraco negro… elas liberam não apenas ondas gravitacionais…mas também enorme clarão de energia sob a forma de raios gama e até mesmo luz visível. Estas explosões de raios gama ocorrem no Universo todos os dias, e nós as vemos o tempo todo…Se pudermos detectar as ondas gravitacionais emitidas por elas  —  isso nos ajudará a entender esses fenômenos bizarros… e incrivelmente violentos.

Sempre que encontramos uma nova janela para o Universo – ondas de rádio, raios gama; mesmo a invenção do telescópio em si – nossa recompensa tem sido imensa… Na grande maioria dos casos… não tínhamos ideia… do que estava à nossa espera. (texto base)  ********************************(texto complementar)******************************

Teia cósmica tem fios de matéria escura (jul/2012)                                                              A matéria comum (bariônica) forma uma teia no espaço…com galáxias                                    e aglomerados de galáxias interligados por filamentos de gases quentes                                muito rarefeitos — contudo… formados por átomos de matéria comum. 

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Os cálculos indicam que os filamentos que unem os aglomerados de galáxia contêm mais da metade de toda a matéria no Universo. [Dietrich et al./Nature]

Jörg Dietrich e colegas da Universidade de Munique… — afirmam ter detectado componentes de matéria escura‘, entre    2 super-aglomerados de galáxias…a 2,7 bilhões de anos-luz afastados da Terra.

É a primeira vez … que nitidamente se detecta o ‘esqueleto’ de matéria escura que permeia a teia cósmica de matéria    no Universo… E o mais interessante, é que esse esqueleto aparece, justaposto com a distribuição de matéria comum, permitindo… — dessa maneira … uma comparação sem precedentes entre as duas fontes (‘fabulosas’) de gravidade.

Teia cósmicafilamentos de matéria escura                                                            Astrônomos já haviam usado técnica semelhante para traçar um mapa da distribuição da matéria escura no interior de outro aglomerado de galáxias – o Abell 1689…Todavia, esta    é a primeira vez que se deteta a matéria escura nas…interligações….de matéria comum.

Apesar de galáxias e aglomerados de galáxias serem estruturas descomunais, a maior parte do que chamamos ‘cosmos’ é um imenso espaço vazio. – Como tais filamentos se espalham por distâncias imensas, um espaço aparentemente vazio ganha estrutura graças à presença desses filamentos. A gravidade produzida por eles, porém, indica que não podem ser feitos apenas de matéria bariônica (matéria comum; 4% da massa do Universo). Eles possuem fortíssimo componente de matéria escura essa “alguma coisa” invisível que compõe 85% da massa do Universo. Mas, até hoje, ninguém havia conseguido identificar o componente de ‘matéria escura’ de um filamento. Dietrich obteve essa resposta no filamento que une os aglomerados…Abell 222 e Abell 223, dois aglomerados de galáxias pertencentes ao catálogo criado em 1958 pelo astrônomo George Abell que contém 2712 aglomerados de galáxias. A forte gravidade do filamento que une os dois aglomerados funciona como uma lente, para a luz que vem de galáxias mais distantes em direção à Terra. Os pesquisadores então utilizaram essa “lente gravitacional” para calcular a massa e o formato do filamento.

O raio X emitido pelo gás quente de matéria comum mostra que essa matéria está distribuída ao longo de todo o filamento, mas compondo apenas cerca de 9% de sua massa. Simulações computacionais mostraram que outros 10% de massa podem ser atribuídos às estrelas e galáxias visíveis. E, como disse Dietricho resto só pode ser          parte de uma rede de matéria escura conectando aglomerados galáticos ao longo do Cosmos. A possibilidade de fazer um mapa mostrando matéria comum e matéria              escura juntas pode mostrar a interrelação entre as duas…e ajudar a determinar se a matéria escura é formada por partículas frias (de movimento lento), ou partículas “quentes” (de movimento rápido)Isso pode dar a dimensão da importância dessa observação…ao ajudar a entender a estrutura do Universo…e com a mesma técnica, descobrir o que compõe essa substância invisível, ditamatéria escura. (texto base) *****************************************************************************

‘Ondas gravitacionais’ podem “iluminar” a matéria escura (out/2018)                    O LISA consistirá em 3 naves espaciais orbitando o Sol, numa estável formação              triangular. Ondas gravitacionais distorcerão ligeiramente os lados do triângulo,                  de maneira a serem perceptíveis pelos raios laser que conectam as espaçonaves. 

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Instantâneos da simulação de 120 milhões de partículas de duas galáxias anãs em fusão, cada uma contendo um buraco negro, a uma distância entre 6 e 7,5 bilhões de anos. [UZH]

A tão aguardada Antena Espacial a Laser para Interferômetro (LISA) será um                  excepcional instrumento para astrônomos estudarem fenômenos incluindo                colisões de BNs, e ondas gravitacionaisse deslocando no espaço-tempo. Tal                otimismo se justifica na recente conclusão de pesquisadores da Universidade                      de Zurique – de que o “LISA” também poderia ajudar a desvendar o mistério                  sobre a partícula de “matéria escura”, ao permitir que “ondas gravitacionais”                emitidas por buracos negros sejam observadas, após estes colidirem entre si.

Assim, o LISA poderia adicionar um novo sentido à percepção                        do universo por cientistas…permitindo o estudo de fenômenos            invisíveis…para os mais variados espectros eletromagnéticos.

Cientistas do…”Centro de Astrofísica Teórica e Cosmologia” – da Universidade de Zurique, juntamente com colegas da Grécia e do Canadá, descobriram que o LISA não só será capaz de medir essas ondas anteriormente não estudadas, mas também pode ajudar a desvendar segredos sobre a “matéria escura“…cujas hipotéticas partículas representariam cerca de 85% da matéria no universo. Os cálculos mostram que, sem uma grande quantidade dessa matéria escura…as mantendo juntas – muitas galáxias se romperiam, em vez de girar. – E isso é especialmente verdade para as “galáxias anãs”que embora pequenas e frágeis, são as mais abundantes no universo. Entretanto, na verdade – o que as torna particularmente de interesse para os astrofísicos, é que suas estruturas são dominadas pela matéria escura, tornando-as…”laboratórios naturais”…apropriados ao estudo dessa substância misteriosa.

A conexão entre buracos negros e matéria escura                                                          Pelo modelo cosmológico padrão, a matéria escura impulsiona a formação galática, e  constrói os poços de gravidade‘, onde estas se desenvolvem. Observações constatam        que as galáxias anãs do Grupo Local são dominadas por matéria escura. Nos casos normais, matéria bariônica representa apenas 2% da massa total de uma galáxia anã.

Em recente estudo, publicado na Astrophysical Journal Letters, Tomas Ramfal … pesquisador da equipesimulou num programa bem sofisticado o nascimento de galáxias anãs – obtendo então resultados surpreendentes. – Ao avaliar a interação entre matéria escura, estrelase buraco negro central destas galáxias…surgiu a correlação entre a ‘taxa de fusão’ dos BNs – e a porção de matéria escura dentro das ‘galáxias anãs’.

Medir as ‘ondas gravitacionais’ emitidas pela fusão de buracos negrosportanto, forneceria dados sobre as propriedades da hipotética partícula de matéria escura.                E agora, essa conexão pode ser descrita pela 1ª vez, de forma matemática e exata.        Segundo Lucio Mayer, líder do grupo – “Matéria escura é uma qualidade própria              das galáxias anãs. Por isso, há muito suspeitávamos de aplicações cosmológicas”.

A conexão ocorre num momento oportuno, pois os preparativos finais para o projeto LISA estão em andamento. Os resultados preliminares das simulações dos pesquisadores foram recebidos com entusiasmo. A ‘comunidade física’ vê esta nova aplicação às observações de ondas gravitacionais como uma — promissora perspectiva…para uma das maiores futuras missões espaciais europeias, que deve acontecer daqui a cerca de 15 anos, de forma assim, a poder relacionar – consistentemente…a “cosmologia”…com a “física de partículas” – ou mais simplesmente o incrivelmente grandeao intangivelmente pequeno. (texto base***********************************************************************************

Ondas gravitacionais: buscando Buracos negros & Matéria escura‘ (abr/2019)  Quase 100 anos após Einstein prever sua existência…como parte da teoria da relatividade geral, as tão aguardadas ‘ondas gravitacionais’ foram…em 2015…finalmente captadas por cientistas do ‘Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser’ (LIGO).

Os fracos distúrbios… que o sensível instrumento do LIGO captou, foram criados por dois buracos negros à distância de1,3 bilhão de anos-luz da Terra…colidindo entre si. ​​- Ao se integraremestes 2 supermassivos corpos deformaram o espaçotempo;  como comentou Paolo Pani — físico teórico da “Universidade Sapienza”:

“Essa deformação, se propagando como ondulações em um lago…de    fato…são as ondas gravitacionais”.

Todos os objetos com massa provocam sua própria distorção no tecido do espaço-tempo, criando o que chamamos de “gravidade”. Mas apenas eventos cataclísmicos, envolvendo objetos superpesados — como buracos negros e estrelas de neutrons, podem criar ondas gravitacionais, grandes o suficiente para serem captadas na Terra. Elas são transmitidas pelo universo à velocidade da luz — atravessando praticamente tudo em seu caminho.

Mas a capacidade de detectar essas ondas agora também está fornecendo aos                  astrônomos novas maneiras de ver o universo. O professor Pani lidera o projeto DarkGRA na tentativa de usar “ondas gravitacionais” para sondar mistérios do universo, incluindo estrelas hipermassivasmatéria escurae, buracos negros.

Buracos negros                                                                                                                              “Se houver uma superfície, após a integração desses BNs, deve haver ecos de ondas gravitacionais de modo que um sinal seja refletido a partir da superfície. Dessa        forma…poderíamos então reconhecer esses ecos nos sinais captados aqui da Terra”.

Considerados como os restos ultradensos do colapso de estrelas muito massivas os chamados buracos negros produzem uma gravidade tão grande, que deles, nem a luz escapa. Isso porquetudo o que ultrapassa a fronteira de um buraco negro mais conhecido como seu ‘horizonte de eventos’, permanece por lá. É por isso que não        os vemos diretamente, mas sim uma ausência de luz neles. Buracos negros ainda são          um grande mistério. Até há pouco … astrofísicos só poderiam deduzir a sua presença observando o comportamento do material ao seu redor Porém, a deteção de ondas gravitacionais está permitindo que cientistas – como Pani, as observem diretamente.

“Elas são uma espécie de mensageiras do espaço-tempo, em torno desses objetos,              sem qualquer mediação. – Ao estudar as características dessas ondas, é possível              obter informações sobre a massa, rotação, raio e velocidade desses objetos – até              então invisíveis”, disse ele. E completou…“O objetivo do nosso projeto é entender            melhor as observações de ondas gravitacionais desses objetos muito compactos”.

De acordo com a relatividade geral, a fusão de 2 objetos muito compactos – como          anãs brancas, estrelas de neutrons ou buracos negros – faz com que o objeto final        entre em colapso para formar um buraco negro…Mas existem teorias alternativas,          que também preveem a possibilidade de se formarem objetos, com mesma massa                e raio dos buracos negros, mas sem um horizonte de eventos. – Esses misteriosos      objetos, portanto poderiam ter uma superfície…refletindo ondas gravitacionais. 

Buracos negros & Matéria escura

no entanto … outra explicação que inesperadamente levaria buracos negros a produzir ‘ecos’ — ou outras características inexplicáveis ​​das — ‘ondas gravitacionais’. Eles poderiam estar imersos num poço de matéria escura … uma forma hipotética de matériaainda desconhecida — a qual corresponderiam 85% de toda matéria do Cosmo. Também esse peculiar envoltório,  poderia contribuir como um intrigante componente dessa“onda gravitacional”.

Algumas observações gravitacionais só podem ser explicadas, ou pela presença de matéria escura (a qual não podemos ver) ou alterando nossas leis da gravidade. O professor Ulrich Sperhake…físico teórico da “Universidade de Cambridge”, e líder do projeto ‘StronGrHEP‘ descreveu as ondas gravitacionais como uma “nova janela para o Universo” … que poderia nos ajudar a desvendar esse mistério Como a matéria escura não interage com qualquer outra força, além da gravidade…é impossível experimentá-la em laboratório, mas a busca por distintos sinais nas ondas gravitacionais, poderia permitirobservá-la‘ – pela 1ª vez.

Se houver toda essa matéria escura pairando em torno de 2 buracos negros, à medida que eles se ‘integram’ essa interação consumiria energia — significando que em uma colisão de buracos negros — tal        qual a captada pelo interferômetro LIGO, as ondas gravitacionais pareceriam algo diferentes – do que seriam…sem a matéria escura.

Um mistério observacional a se esclareceré por que as galáxias giram mais rápido do que seu tamanho sugere. – Como disse Sperhake: “A velocidade de rotação galática se relaciona à massa que ela possui. – Por esse motivo, se uma galáxia gira mais rápido— do que sua massa aparente permite, há duas explicações possíveis – ou…precisamos modificar nossas teorias fundamentais(leis newtonianas) de como a gravidade funciona — ou há “matéria escura nas galáxiasque não podemos ver”.

Uma ideia que o professor Sperhake está investigando é estender os domínios teóricos da relatividade geral de Einstein com uma nova teoria, chamada por ele “gravidade tensorial escalar”. Ela sugere que o universo é preenchido com um ‘campo extra’, semelhante a um campo magnético ou elétrico, ainda não detectado…Isso então significaria que a explosão em ‘supernova’ de uma estrela moribunda — não seria apenas visível, no caso, como uma explosão de ondas gravitacionaispois haveria um brilho remanescente adicional dessas ondas gravitacionais que também poderíamos detectar. Direcionando então o LIGO para regiões do céu onde essas estrelas explodiram como – “supernovas” – poderíamos captar um brilho remanescente do “campo escalar”…que persistiria séculos após a real explosão.

O pesquisador Richard Brito se juntou ao grupo de Pani, no início deste ano, como parte de seu próprio projeto…(FunGraW)…de usar ondas gravitacionais para testar — além da existência de partículas ‘axions‘, também a própria teoria de Einstein…a grandes escalas. Segundo ele: “Se observarmos objetos quase tão compactos quanto BNssem horizonte  de eventos, isso significaria uma incorreção da Relatividade nessas escalas”. (texto base)

p/consulta: “Could the Higgs Boson Decay Into Dark Matter?” (“SciTechDaily”- ago/2020)

Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979.
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5 respostas para ‘Ondas Gravitacionais’; ‘Buracos Negros’ & ‘Matéria Escura’

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