A Descoberta das Ondas Gravitacionais Pode Remodelar a nossa Compreensão do Universo
Os cientistas desenvolveram um novo sistema ótico para aumentar a sensibilidade do LIGO, levando a deteção de ondas gravitacionais a profundidades sem precedentes. Esta descoberta pode desvendar segredos cósmicos e revolucionar a astrofísica. Crédito: SciTechDaily.com
Ao refinar as técnicas de correção de espelhos, os cientistas podem agora levar a potência do laser a níveis extremos, revelando novos conhecimentos sobre o universo primitivo e a física dos buracos negros.
Um estudo recente na Physical Review Letters apresenta um avanço ótico que pode melhorar drasticamente a deteção de ondas gravitacionais. Liderada por Jonathan Richardson, da Universidade da Califórnia, em Riverside, a investigação descreve como esta tecnologia melhora os observatórios atuais como o LIGO, ao mesmo tempo que estabelece as bases para os detetores da próxima geração.
Desde a deteção inovadora do LIGO em 2015, os seus interferómetros de 4 quilómetros transformaram a nossa compreensão do universo. As futuras atualizações, juntamente com o planeado Cosmic Explorer de 40 quilómetros, visam detetar ondas gravitacionais dos primeiros momentos do universo. No entanto, para atingir este objetivo, é necessário superar os atuais limites de potência do laser do LIGO.
Impressão artística de um observatório Cosmic Explorer. O Cosmic Explorer é um conceito de observatório de última geração que irá aprofundar e esclarecer muito a visão da humanidade sobre o cosmos através das ondas gravitacionais.
Para fazer face a este desafio, os investigadores desenvolveram um sistema de ótica adaptativa de alta resolução que corrige as distorções nos espelhos maciços do LIGO. À medida que a potência do laser aumenta, as distorções induzidas pelo calor reduzem a sensibilidade, mas esta nova tecnologia permite níveis extremos de potência, permitindo que os detetores captem sinais mais fracos e distantes.
Desvendando os segredos do universo
Richardson explica que as ondas gravitacionais — ondulações no espaço-tempo causadas por grandes colisões cósmicas — oferecem uma forma única de estudar o universo. O LIGO já detetou cerca de 200 eventos, a maioria fusões de buracos negros, mas os investigadores esperam descobrir fenómenos astrofísicos inteiramente novos.
Os detetores do LIGO são limitados pela mecânica quântica, particularmente pelas propriedades quânticas da luz laser utilizada nos interferómetros. A equipa de Richardson desenvolveu um sistema inovador de correção ótica que projeta radiação infravermelha de baixo ruído nos espelhos do LIGO, garantindo uma maior sensibilidade. Esta abordagem óptica sem geração de imagens é a primeira do género na detecção de ondas gravitacionais.
O Cosmic Explorer, o sucessor americano do LIGO, contará com braços de interferómetro de 40 quilómetros — dez vezes o tamanho do LIGO — o que o torna o maior instrumento científico alguma vez construído. Com a máxima sensibilidade, detetará ondas gravitacionais de uma época anterior à formação das primeiras estrelas, oferecendo um vislumbre da infância do universo.
Esta investigação é essencial para responder a questões fundamentais sobre o universo, incluindo a sua taxa de expansão e a natureza dos buracos negros. Medições conflituantes da expansão cósmica podem ser resolvidas através de observações de ondas gravitacionais, enquanto que leituras precisas dos horizontes de eventos dos buracos negros permitirão testes diretos da relatividade geral e de teorias alternativas.
Os novos dispositivos óticos adaptativos são concebidos para fornecer padrões de aquecimento direcionados em forma de anel à superfície do núcleo ótico de 34 cm de diâmetro no LIGO para controlar o efeito do aumento da distorção térmica à medida que a potência do laser aumenta em direção à escala de megawatts. Crédito: laboratório Richardson, UC Riverside
Ao serem pioneiros nestes avanços, os cientistas estão a aproximar-nos da desvendação dos mistérios mais profundos do universo.
Leia o Artigo Original: Scitechdaily
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