Detector de ondas gravitacionais no espaço pode revelar segredos do universo

Apr 15, 2023

Novas pesquisas mostraram que futuras detecções de ondas gravitacionais do espaço serão capazes de encontrar novos campos fundamentais e potencialmente lançar nova luz sobre aspectos inexplicáveis ​​do Universo.

O professor Thomas Sotiriou, do Centro de Gravidade da Universidade de Nottingham, e Andrea Maselli, pesquisador do GSSI e associado do INFN, juntamente com pesquisadores do SISSA e do La Sapienza de Roma, mostraram a precisão sem precedentes com que as observações de ondas gravitacionais pelo interferômetro espacial LISA (Laser Interferometer Space Antenna), será capaz de detectar novos campos fundamentais.A pesquisafoi publicado na Nature Astronomy.

Neste novo estudo, os pesquisadores sugerem que o LISA, o detector de ondas gravitacionais (GW) baseado no espaço, que deverá ser lançado pela ESA em 2037, abrirá novas possibilidades para a exploração do Universo.

Sotiriou, diretor do Nottingham Centre of Gravity explica: "Novos campos fundamentais, e em particular escalares, foram sugeridos em uma variedade de cenários: como explicações para a matéria escura, como a causa da expansão acelerada do Universo, ou como baixo -manifestações energéticas de uma descrição consistente e completa da gravidade e das partículas elementares. Agora mostramos que o LISA oferecerá recursos sem precedentes na detecção de campos escalares e isso oferece oportunidades empolgantes para testar esses cenários."

Observações de objetos astrofísicos com campos gravitacionais fracos e pequena curvatura do espaço-tempo não forneceram evidências de tais campos até agora. No entanto, há razões para esperar que os desvios da Relatividade Geral, ou interações entre a gravidade e novos campos, sejam mais proeminentes em grandes curvaturas. Por esse motivo, a detecção de GWs - que abriu uma nova janela no regime de gravidade de campo forte - representa uma oportunidade única para detectar esses campos.

As inspirações de razão de massa extrema (EMRI), nas quais um objeto compacto de massa estelar, seja um buraco negro ou uma estrela de nêutrons, inspira em um buraco negro até milhões de vezes a massa do Sol, estão entre as fontes-alvo do LISA e fornecem uma arena dourada para sondar o regime de campo forte da gravidade. O corpo menor realiza dezenas de milhares de ciclos orbitais antes de mergulhar no buraco negro supermassivo e isso leva a sinais longos que podem nos permitir detectar até mesmo os menores desvios das previsões da teoria de Einstein e do Modelo Padrão da Física de Partículas.

Os pesquisadores desenvolveram uma nova abordagem para modelar o sinal e realizaram pela primeira vez uma estimativa rigorosa da capacidade do LISA de detectar a existência de campos escalares acoplados à interação gravitacional e medir quanto campo escalar é carregado pelo pequeno corpo de o EMRI. Notavelmente, esta abordagem é agnóstica em teoria, uma vez que não depende da origem da própria carga ou da natureza do pequeno corpo. A análise também mostra que tal medição pode ser mapeada para limites fortes nos parâmetros teóricos que marcam desvios da Relatividade Geral ou do Modelo Padrão.

O LISA será dedicado a detectar ondas gravitacionais por fontes astrofísicas, vai operar em uma constelação de três satélites, orbitando ao redor do Sol a milhões de quilômetros de distância um do outro. O LISA observará ondas gravitacionais emitidas em baixa frequência, dentro de uma faixa não disponível para interferômetros terrestres devido ao ruído ambiental. O espectro visível para o LISA permitirá estudar novas famílias de fontes astrofísicas, diferentes das observadas por Virgo e LIGO, como os EMRIs, abrindo uma nova janela sobre a evolução de objetos compactos em uma grande variedade de ambientes do nosso Universo.

- Este comunicado de imprensa foi originalmente publicado no site da Universidade de Nottingham