Cientistas revelaram uma nova abordagem para detectar ondas gravitacionais na faixa de mili-Hertz, proporcionando acesso a fenômenos astrofísicos e cosmológicos que não são detectáveis com os instrumentos atuais.
Ondas gravitacionais—ondas no espaço-tempo previstas por Einstein—já foram observadas em altas frequências por interferômetros terrestres como LIGO e Virgo, e em frequências ultra-baixas por redes de cronometragem de pulsares. No entanto, a faixa de médios ainda permanece um ponto cego na ciência.
Desenvolvido por pesquisadores das Universidades de Birmingham e Sussex, o novo conceito de detector utiliza tecnologias avançadas de cavidades ópticas e relógios atômicos para detectar ondas gravitacionais na evasiva faixa de mili-Hertz (10⁻⁵ – 1 Hz).
Publicando sua proposta hoje (3 de outubro) na revista Classical and Quantum Gravity, os cientistas revelam um detector que utiliza avanços na tecnologia de ressonadores ópticos, originalmente desenvolvida para relógios atômicos ópticos, para medir pequenas mudanças de fase na luz laser causadas por ondas gravitacionais que passam. Ao contrário de interferômetros de grande escala, esses detectores são compactos e relativamente imunes a ruídos sísmicos e newtonianos.
A coautora Dr. Vera Guarrera, da Universidade de Birmingham, comentou: “Ao utilizar uma tecnologia amadurecida no contexto de relógios atômicos ópticos, podemos expandir o alcance da detecção de ondas gravitacionais para uma faixa de frequências completamente nova com instrumentos que cabem em uma mesa de laboratório. Isso abre a empolgante possibilidade de construir uma rede global de tais detectores e buscar sinais que, de outra forma, permaneceriam ocultos por pelo menos outra década.”
A faixa de mili-Hertz – às vezes chamada de ‘faixa média’ – deve hospedar sinais de uma variedade de fontes astrofísicas e cosmológicas, incluindo binários compactos de anãs brancas e fusões de buracos negros. Missões espaciais ambiciosas como a LISA também visam essa faixa de frequência, mas devem ser lançadas na década de 2030. Os propostos detectores de ressonador óptico poderiam começar a explorar esse território agora.
O coautor Professor Xavier Calmet, da Universidade de Sussex, comentou: “Esse detector nos permite testar modelos astrofísicos de sistemas binários em nossa galáxia, explorar as fusões de buracos negros massivos e até mesmo buscar fundações estocásticas do universo primitivo. Com esse método, temos as ferramentas para começar a investigar esses sinais a partir do solo, abrindo o caminho para futuras missões espaciais.”
Embora missões espaciais futuras como a LISA ofereçam sensibilidade superior, sua operação ainda está a mais de uma década de distância. Os propostos detectores de cavidade óptica fornecem um meio imediato e econômico para explorar a faixa de mili-Hz.
O estudo também sugere que a integração desses detectores com redes de relógios existentes poderia ampliar a detecção de ondas gravitacionais para frequências ainda mais baixas, complementando observatórios de alta frequência como o LIGO.
Cada unidade consiste em duas cavidades ópticas ultrastáveis ortogonais e uma referência de frequência atômica, permitindo a detecção multicanal de sinais de ondas gravitacionais. Essa configuração não só aumenta a sensibilidade, mas também permite a identificação da polarização das ondas e da direção da fonte.
