Uma das maiores incertezas em cosmologia – o quanto o Universo está se expandindo – pode ter sua resposta definitiva usando-se as chamadas sirenes negras: objetos massivos, como buracos negros ou estrelas de nêutrons, que se chocam, provocando ondas gravitacionais que podem ser captadas da Terra.
A medição da taxa de expansão do cosmos sempre foi medida por dois métodos. Um deles, chamada de escada da distância cósmica, usa a análise do espectro de luz de estrelas distantes (como supernovas e as chamadas cefeidas) para calcular a rapidez com que elas estão se afastando de nós e, em seguida, dividir pela distância para estimar a constante de Hubble (a relação entre a velocidade com que os objetos de afastam da Terra e distância entre nós e esses corpos celestes).
A posição da Cefeida V1 ao longo do tempo; esses "faróis cósmicos" são usados para medir distâncias espaciais.Fonte: NASA/ESA/Hubble Heritage/STScI/AURA/Divulgação
O outro método mede as ondulações na radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB) para inferir há quanto tempo e a que distância ela foi criada, baseando-se em uma teoria cosmológica bem estabelecida para estimar a velocidade com que o cosmos está se expandindo. Os dois métodos, porém, produzem resultados diferentes.
Terceira via
Por isso, os astrônomos buscam uma terceira via que determine apenas um número para a taxa de expansão do Universo, e é isso que os pesquisadores Ssohrab Borhanian, Arnab Dhani e B.S. Sathyaprakash, da Universidade Estadual da Pensilvânia; Anuradha Gupta, da Universidade do Mississipi; e K.G. Arun, do Instituto de Matemática Chennai, propõe em seu estudo: usar o choque entre as sirenes escuras para medir o cosmos.
"As ondas gravitacionais podem fornecer uma manipulação diferente da constante de Hubble", disse o físico Ssohrab ao site Live Science.
A distorção da estrutura do espaço-tempo resultante do choque entre objetos massivos gera ondas gravitacionais que podem ser captadas por interferômetros na Terra, como os dois Observatórios de Ondas Gravitacionais com Interferômetro Laser dos EUA (LIGO), seu similar europeu Virgo, e o Detector de Ondas Gravitacionais Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA), no Japão. A eles se juntará o terceiro LIGO, a ser inaugurado na Índia em meados de 2024.
“Um dia, a rede de interferômetros deverá ser capaz de localizar com uma certeza 400 vezes maior do que hoje em que lugar do espaço uma sirene escura aconteceu. Com essa informação, poderemos identificar o local exato na galáxia onde a colisão ocorreu e então, determinar a velocidade com que essa galáxia está se afastando da Terra”, disse Borhanian.
Sem luz
O objetivo maior, segundo o físico, é conseguir captar colisões entre objetos particularmente grandes, pesados ou mesmo com massas desiguais. Chamadas de sirenes escuras de ouro, suas ondas gravitacionais são tão claramente identificadas que podem fornecer dados o suficiente para o cálculo da constante de Hubble com precisão.
O trabalho de Borhanian e sua equipe se baseou na premissa de que, para extrair dos dados de colisões entre buracos negros e estrelas de nêutrons, seria necessário que as ondas gravitacionais fossem acompanhadas de flashes de luz, o que foi feito uma única vez, quando o LIGO detectou o choque entre duas estrelas de nêutrons, em 2017.
Em 2019, tanto o LIGO como o Virgo identificaram uma colisão entre buracos negros tanto pelas ondas gravitacionais como pela luz emitida.Fonte: Caltech/IPAC/R. Ferida/Divulgação
"À época, os físicos calcularam um valor para a constante de Hubble, mas com uma margem de erro muito grande", disse Borhanian.
Segundo o físico, “trabalhos anteriores mostraram que precisaríamos ver 50 eventos como este, que são bastante raros, para obter uma constante de Hubble precisa. Agora, poderemos calculá-la com um único evento”. O estudo será apresentado em uma reunião da Sociedade Americana de Física, no próximo dia 18.
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