Primeira observação de ondas gravitacionais
A primeira detecção de ondas gravitacionais foi feita às 09:50:45 UTC, 06:50:45 Horário de Brasília de 14 de Setembro de 2015 pelos detectores da Colaboração Científica LIGO, as ondas gravitacionais foram previstas pelo físico Albert Einstein em 1916, o nome do evento levou a assinatura de sua data de detecção (onda gravitacional em inglês 2015-09-14) GW150914, no evento foi observado a fusão de dois buracos negros de massa estelar, o par de buracos negros ficou ligado gravitacionalmente girando um ao redor do outro por milhões de anos até se unirem. No momento próximo da fusão eles atingiram velocidades próximas a velocidade da luz, a fusão liberou cerca de 50 vezes a energia do universo observável naquele instante sendo o evento astrofísico mais energético já observado desde o Big Bang.[1][2][3]
Esta primeira observação direta foi relatada em todo o mundo como um feito notável por muitas razões. Os esforços para provar diretamente a existência de tais ondas decorrem há mais de cinquenta anos, e as ondas são tão minúsculas que o próprio Albert Einstein duvidou que alguma vez pudessem ser detectadas. As ondas emitidas pela fusão cataclísmica de GW150914 atingiram a Terra como uma ondulação no espaço-tempo que alterou o comprimento de um raio de 4km do braço do LIGO por um milésimo da largura de um próton, proporcionalmente equivalente a alterar a distância até a estrela mais próxima fora do Sistema Solar na largura de um fio de cabelo. A energia liberada pelo binário conforme ele espiralava e se fundia era imensa, com a energia de 3.0+0.5
−0.5 c 2 massas solares (5.3+0.9
−0.8 ×1047 Joules) no total que irradiaram como ondas gravitacionais, atingindo uma taxa de emissão máxima em seus milissegundos finais de cerca de 3.6+0.5
−0.4 ×1049 watts – um nível maior que a potência combinada de toda a luz irradiada por todas as estrelas do universo observável.
A observação confirma a última previsão da relatividade geral que ainda não foi detectada e corrobora suas previsões de distorção espaço-tempo no contexto de eventos cósmicos de grande escala (conhecidos como testes de campo fortes). Também foi anunciado como o início de uma nova era da astronomia de ondas gravitacionais, que permitirá observações de eventos astrofísicos violentos que não eram anteriormente possíveis e potencialmente permitiria a observação direta da história mais antiga do universo. Em 15 de junho de 2016, foram anunciadas mais duas detecções de ondas gravitacionais, feitas no final de 2015.[4] Mais oito observações foram feitas em 2017, incluindo GW170817, a primeira fusão observada de estrelas binárias de nêutrons, que também foi observada em radiação eletromagnética.[5]
Antecedentes
Em 1988, uma proposta de pesquisa e desenvolvimento do LIGO obteve financiamento por parte da NSF. De 1989 a 1994, o LIGO não progrediu técnica e organizacionalmente, apenas os esforços políticos continuaram a adquirir financiamento, porém o financiamento contínuo foi rotineiramente rejeitado até 1991 quando o Congresso americano concordou em financiar o LIGO pelo primeiro ano por US$ 23 milhões, no entanto os requisitos para receber o financiamento não foram atendidos ou aprovados e a NSF questionou a base tecnológica e organizacional do projeto, problemas contínuos de gerenciamento de projetos e preocupações técnicas foram revelados nas revisões feitas pela NSF sobre o projeto, resultando na retenção de fundos até que eles congelaram formalmente os gastos em 1993.[6] Em 1994 os líderes científicos do LIGO discutiram mais uma vez o financiamento dos detectores com a Fundação Nacional da Ciência que deu um ultimato a equipe do cientista Barry para desenvolver um detector que pudesse observar as ondas.[7] O LIGO recebeu então um orçamento de US$ 395 milhões, sendo o projeto com maior valor de financiamento da história da NSF.
O projeto começou em Richland (Washington), no final de 1994 e em Livingston (Luisiana), em 1995 a conclusão levaria mais 3 anos sendo concluído em 1997, desde então os milhares de cientistas da Colaboração Científica LIGO e do Laboratório LIGO nos Estados Unidos além dos pesquisadores e cientistas ao redor do mundo se dedicaram a encontrar as ondas gravitacionais. As primeiras tentativas de se observar as tais ondas começaram em 2002, mas até 2015 nenhuma onda gravitacional havia sido observada. O LIGO passou por uma atualização em fevereiro de 2015 a um custo de US$ 620 milhões e passou a ser chamado de "LIGO avançado",[8] com sua conclusão em setembro de 2015 o Advanced LIGO iniciou sua observação plena com 4 vezes mais sensibilidade.[9]
A Detecção
Era início da manhã no Brasil e madrugada em Livingston (Luisiana) e Richland (Washington), os primeiros dados começaram a chegar, na primeira observação os cientistas já percebiam que se tratava de um evento astronômico, mas ainda havia a suspeita que poderia ser alguma inserção ou mesmo um erro do detector, porém após muita análise os sinais não deixariam mais dúvidas e também foram confirmados pelos dois detectores separados por milhares de quilômetros. A origem veio do hemisfério sul, o Sinal Chirp durou mais de 0,2 segundos e aumentou em frequência e amplitude em cerca de 8 ciclos, de 35Hz para 250 Hz. O sinal é parecido com um UOOOP, a confiança que se tratava de um evento real é de um nível de 99,99994%,[10] os picos da onda chegaram cerca de 7 milissegundos no LIGO Livingston antes do LIGO Hanford, se propagando na Velocidade da luz.
O evento aconteceu a uma distância de luminosidade de 440+160
−180 megaparsecs (determinado pela amplitude do sinal), ou 1,4 ± 0,6 bilhão de anos-luz, correspondendo a um desvio pro vermelho cosmológico de 0.093+0.030
−0.036 (90% de intervalos credíveis). A análise do sinal junto com o desvio para o vermelho inferido sugeriu que foi produzido pela fusão de dois buracos negros com massas de 35+5
−3 e 30+3
−4 vezes a massa do sol, resultando em um buraco negro pós-fusão de 62+4
−3 massas solares. A massa-energia das 3 ± 0,5 massas solares ausentes foi irradiada na forma de Ondas Gravitacionais.
