Astronomia de onda gravitacional

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Representação bidimensional de ondas gravitacionais geradas por duas estrelas de nêutrons orbitando entre si

Astronomia de onda gravitacional é um ramo emergente de astronomia observacional que visa o uso de ondas gravitacionais (pequenas distorções do espaço-tempo preditas pela teoria da relatividade geral de Albert Einstein) para coletar dados observacionais sobre objetos como estrelas de nêutrons e buracos negros, eventos como supernovas e processos como os do Universo inicial logo após o Big Bang.

As ondas gravitacionais têm uma base teórica sólida, baseada na teoria da relatividade. Primeiro, elas foram previstas por Einstein em 1916; embora uma consequência específica da relatividade geral, elas são uma característica comum de todas as teorias da gravidade que obedecem à relatividade especial.[1] A evidência observacional indireta de sua existência veio em 1974 a partir das medidas do pulsar binário Hulse-Taylor, cuja órbita evolui exatamente como seria esperado para a emissão de ondas gravitacionais.[2]

Em 11 de fevereiro de 2016, anunciou-se que o LIGO observou diretamente as ondas gravitacionais pela primeira vez em setembro de 2015. A segunda observação das ondas gravitacionais foi feita em 26 de dezembro de 2015 e anunciada em 15 de junho de 2016.[3]

Catálogo GWCT - 1[editar | editar código-fonte]

O GWTC - 1 é o primeiro catálogo de sinais de ondas gravitacionais detectados durante a primeira e a segunda corrida observacional. A primeira ocorreu de 12 de setembro de 2015 até 19 de janeiro de 2016; a segunda ocorreu de 30 de novembro de 2016 até 25 de agosto de 2017. Muitos sinais memoráveis foram detectados, como o primeiro sinal de onda gravitacional, GW150914, e o primeiro sinal da colisão de duas estrelas de nêutrons, GW170817, que possibilitou a detecção da contrapartida eletromagnética.[4]

Na tabela a seguir, temos uma relação entre os sinais detectados com algumas de suas características. Mais detalhes podem ser encontrados na página de Lista de Sinais Observados, em inglês.

Onda Gravitacional Comentário
GW150914 Primeira detecção de uma Onda Gravitacional (OG) e a primeira vez que se "ouviu" a fusão de dois buracos negros há mais de um bilhão de anos atrás.
GW151012 Antes chamado de LVT151012, não era considerado um sinal de OG mas, após uma melhora nos métodos de análise, for reavaliada como sinal de OG.
GW151226 Mais uma vez foi possível "ouvir" a fusão de dois BN, porém menores do que a primeira detecção e, tal como esta, serviu de teste para a Teoria da Relatividade Geral (TRG) (que passou novamente prevendo bem o comportamento do sistema e das OG).
GW170104 A análise desta OG permitiu uma contribuição para um ramo da física chamado física de partículas, estimando um limite superior para o gráviton.
GW170608 É o sistema com o par de BN com menores massas detectado até então.
GW170729 Sinal gerado pelo maior sistema binário de BN detectados até então, o maior deles de massa . A fusão do par liberou a maior quantidade de energia detectada, equivalente a quase . Também é o sinal mais distante detectado.
GW170809 É o quarto sinal mais distante de nós e o quinto sistema mais massivo dentre os sinais detectados.
GW170814 A OG produzida por esse sistema foi a primeira a ser observada por três detectores diferentes: os dois do LIGO e o Virgo. Também foi gerada pela fusão de dois buracos negros.
GW170817 Primeira detecção de uma OG gerada pela fusão de duas estrelas de nêutrons observada por dezenas de telescópios terrestres em diferentes tipos de ondas eletromagnéticas, desde o infravermelho, passando pela luz visível até raios gama. O sinal é inteiramente dominado por OG do tipo inspiral.
GW170818 Sinal identificado como a fusão de dois BN que são os restos mortais de duas estrelas muito massivas, foi o segundo sinal detectado por três detectores, os dois do LIGO e o detector Virgo. Por causa disto a sua localização no céu é muito mais delimitada que as demais.
GW170823 Sinal oriundo do segundo sistema binário de BN mais massivo, cuja fusão irradiou cerca de em energia na forma de OG, é também o segundo sinal mais distante recebido.

Apresentam-se, na tabela abaixo, os sinais catalogados até O2, mostrando o evento com o tempo em que foi detectado, a data de publicação, a localização no céu, a distância, a energia liberada em forma de ondas gravitacionais, dentre outros parâmetros. Para buracos negros utiliza-se a sigla BN e a sigla EN para estrelas de nêutrons.

Lista de sinais detectados a partir de sistemas binários coalescentes[5][6]
Sinal e horário de detecção

(UTC)

Data de Publicação Área no céu
(deg2)
Distância de Luminosidade
(Mpc)
Energia Irradiada
(c2M)
Massa Chirp (M)
Spin efetivo Primário Secundário Remanescente Comentários Ref.
Tipo Massa (M) Tipo Massa (M) Tipo Massa (M) Spin
GW150914
09:50:45
2016-02-11
179
430+150
−170
3.1+0.4
−0.4
28.6+1.6
−1.5
−0.01+0.12
−0.13
BN
[7]}}
35.6+4.8
−3.0
BN
30.6+3.0
−4.4
BN
63.1+3.3
−3.0
0.69+0.05
−0.04
Primeiro sinal de onda gravitacional detectado e primeira fusão de buracos negros detectada. [8][9][7]
GW151012 [fr]
09∶54:43
2016-06-15
1555
1060+540
−480
1.5+0.5
−0.5
15.2+2.0
−1.1
0.04+0.28
−0.19
BN
23.3+14.0
−5.5
BN
13.6+4.1
−4.8
BN
35.7+9.9
−3.8
0.67+0.13
−0.11
Antes LVT151012;
aceito como fonte astrofísica desde 2019
[10][6][5]
GW151226
03:38:53
2016-06-15
1033
440+180
−190
1.0+0.1
−0.2
8.9+0.3
−0.3
0.18+0.20
−0.12
BN
13.7+8.8
−3.2
BN
7.7+2.2
−2.6
BN
20.5+6.4
−1.5
0.74+0.07
−0.05
[11][12]
GW170104
10∶11:58
2017-06-01
924
960+430
−410
2.2+0.5
−0.5
21.5+2.1
−1.7
−0.04+0.17
−0.20
BN
31.0+7.2
−5.6
BN
20.1+4.9
−4.5
BN
49.1+5.2
−3.5
0.66+0.08
−0.10
[13][14]
GW170608
02:01:16
2017-11-16
396; para o norte
320+120
−110
0.9+0.0
−0.1
7.9+0.2
−0.2
0.03+0.19
−0.07
BN
10.9+5.3
−1.7
BH
7.6+1.3
−2.1
BN
17.8+3.2
−0.7
0.69+0.04
−0.04
Menor buraco negro progenitor [15]
GW170729
18:56:29
2018-11-30
1033
2750+1350
−1320
4.8+1.7
−1.7
35.7+6.5
−4.7
0.36+0.21
−0.25
BN
50.6+16.6
−10.2
BN
34.3+9.1
−10.1
BN
80.3+14.6
−10.2
0.81+0.07
−0.13
Maiores massas desde GW190521 [6]
GW170809
08:28:21
2018-11-30
340; para Cetus
990+320
−380
2.7+0.6
−0.6
25.0+2.1
−1.6
0.07+0.16
−0.16
BN
35.2+8.3
−6.0
BN
23.8+5.2
−5.1
BN
56.4+5.2
−3.7
0.70+0.08
−0.09
[6]
GW170814
10∶30:43
2017-09-27
87; para Eridanus
580+160
−210
2.7+0.4
−0.3
24.2+1.4
−1.1
0.07+0.12
−0.11
BN
30.7+5.7
−3.0
BN
25.3+2.9
−4.1
BN
53.4+3.2
−2.4
0.72+0.07
−0.05
Primeira detecção conjunta pelos três observatórios, junto com a primeira medida de polarização. [16][17]
GW170817
12∶41:04
2017-10-16
16; NGC 4993
40±10
≥ 0.04
1.186+0.001
−0.001
0.00+0.02
−0.01
EN
1.46+0.12
−0.10
EN
1.27+0.09
−0.09
EN
≤ 2.8
≤ 0.89
Primeiro sinal da fusão de duas estrelas de nêutrons; primeira contrapartida eletromagnética detectada; evento mais próximo. [18][19][20]
GW170818
02:25:09
2018-11-30
39; Para Pegasus
1020+430
−360
2.7+0.5
−0.5
26.7+2.1
−1.7
−0.09+0.18
−0.21
BN
35.5+7.5
−4.7
BN
26.8+4.3
−5.2
BN
59.8+4.8
−3.8
0.67+0.07
−0.08
[6]
GW170823
13:13:58
2018-11-30
1651
1850±840
3.3+0.9
−0.8
29.3+4.2
−3.2
0.08+0.20
−0.22
BN
39.6+10.0
−6.6
BN
29.4+6.3
−7.1
BN
65.6+9.4
−6.6
0.71+0.08
−0.10
[6]
GW190408_181802
2019-04-08
2020-10-27
140
1580+400
−590
18.3+1.4
−1.2
−0.03+0.13
−0.19
BN
24.5+5.1
−3.4
BN
18.3+3.2
−3.5
BN
41.0+3.8
−2.7
0.67+0.06
−0.07
[21]
GW190412
2019-04-12
05:30:44
2020-04-17
156; para Virgo ou Boötes
730+140
−170
13.3+0.4
−0.3
0.25+0.08
−0.11
BN
29.7+5.0
−5.3
BN
8.4+1.8
−1.0
BN
37.0+4.1
−3.9
0.67+0.05
−0.07
Possível detecção da fusão de dois buracos negros de massas muito diferentes. [22][23]
GW190413_052954
2019-04-13
2020-10-27
1400
4100+2410
−1890
24.0+5.4
−3.7
0.01+0.29
−0.33
BN
33.4+12.4
−7.4
BN
23.4+6.7
−6.3
BN
54.3+12.4
−8.4
0.69+0.12
−0.13
[21]
GW190413_134308
2019-04-13
2020-10-27
520
5150+2440
−2340
31.9+7.3
−4.6
−0.01+0.24
−0.28
BN
45.4+13.6
−9.6
BN
30.9+10.2
−9.6
BN
72.8+15.2
−10.3
0.69+0.10
−0.12
[21]
GW190421_213856
2019-04-21
2020-10-27
1000
3150+1370
−1420
30.7+5.5
−6.6
−0.05+0.23
−0.26
BN
40.6+10.4
−6.6
BN
31.4+7.5
−8.2
BN
68.6+11.7
−8.1
0.68+0.10
−0.11
[21]
GW190424_180648
2019-04-21
2020-10-27
26000
2550+1560
−1330
30.3+5.7
−4.2
0.15+0.22
−0.22
BN
39.5+10.9
−6.9
BN
31.0+7.4
−7.3
BN
67.1+12.5
−9.2
0.75+0.08
−0.09
[21]
GW190425
2019-04-25
08:18:05
2020-01-06
28; para Hercules[24]
159+69
−72
1.44+0.02
−0.02
0.012+0.01
−0.01
EN
1.60 - 1.87
EN
1.46 - 1.69
?
[25][26]
GW190521
2019-05-21
03:02:29
2020-09-02
765; paraComa Berenices, Canes Venatici, ou Phoenix
5300+2400
−2600
7.6+2.2
−1.9
64+13
−8
0.08+0.27
−0.36
BN
85+21
−14
BN
66+17
−18
BN
142+28
−16
0.72+0.09
−0.12
Originalmente nomeado de S190521g. Maiores massas até hoje. [27][28]
GW190814 2019-08-14 21:11:18 2020-06-23
18.5; para Cetus ou

Sculptor

241+41
−45
6.09+0.06
−0.06
−0.002+0.06
−0.061
BN
23.2+1.1
−1.0
?
2.59+0.08
−0.09
BN
25.6+1.1
−0.9
0.28+0.02
−0.02
Nenhuma contrapartida eletromagnética encontrada na área de maior probabilidade. [29][30][31][32][33]
[34][35][36][37]
GW200105
2020-01-05 16:24:26
2021-06-29
7200
280±110
3.41+0.08
−0.07
−0.01+0.11
−0.15
BN
8.9+1.2
−1.5
EN
1.9+0.3
−0.2
BN
Primeiro evento confirmado da fusão de um buraco negro e uma estrela de nêutrons. [38][39]
GW200115
2020-01-15 04:23:09
2021-06-29
600
300+150
−100
2.42+0.05
−0.07
−0.19+0.23
−0.35
BN
5.7+1.8
−2.1
EN
1.5+0.7
−0.3
BN
Segundo evento confirmado da fusão entre um buraco negro e uma estrela de nêutrons. [38][40]
Gravitational Wave Transient Catalog 1 (GWTC-1). Credit: LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration/Georgia Tech/S. Ghonge & K. Jani


Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. Schutz, Bernard F. (1984). «Gravitational waves on the back of an envelope». American Journal of Physics. 52 (5). 412 páginas. Bibcode:1984AmJPh..52..412S. doi:10.1119/1.13627 
  2. Hulse, R. A.; Taylor, J. H. (1975). «Discovery of a pulsar in a binary system». The Astrophysical Journal. 195: L51. Bibcode:1975ApJ...195L..51H. doi:10.1086/181708 
  3. LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration; Abbott, B. P.; Abbott, R.; Abbott, T. D.; Abernathy, M. R.; Acernese, F.; Ackley, K.; Adams, C.; Adams, T. (2015). «GW151226: Observation of Gravitational Waves from a 22-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence». Physical Review Letters. 116 (24). 241103 páginas. Bibcode:2016PhRvL.116x1103A. PMID 27367379. arXiv:1606.04855Acessível livremente. doi:10.1103/PhysRevLett.116.241103 
  4. LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration; Abbott, B. P.; Abbott, R.; Abbott, T. D.; Abraham, S.; Acernese, F.; Ackley, K.; Adams, C.; Adhikari, R. X. (2019). «GWTC-1: A Gravitational-Wave Transient Catalog of Compact Binary Mergers Observed by LIGO and Virgo during the First and Second Observing Runs». Physical Review X (3). 031040 páginas. doi:10.1103/PhysRevX.9.031040 
  5. a b Nitz, Alexander H. (25 de fevereiro de 2019). «1-OGC: The first open gravitational-wave catalog of binary mergers from analysis of public Advanced LIGO data». Astrophysical Journal. 872 (2). 195 páginas. Bibcode:2019ApJ...872..195N. arXiv:1811.01921Acessível livremente. doi:10.3847/1538-4357/ab0108 
  6. a b c d e f Abbott, B.P.; et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) (2019). «GWTC-1: A Gravitational-Wave Transient Catalog of Compact Binary Mergers Observed by LIGO and Virgo during the First and Second Observing Runs». Physical Review X. 9 (3). 031040 páginas. Bibcode:2019PhRvX...9c1040A. arXiv:1811.12907Acessível livremente. doi:10.1103/PhysRevX.9.031040 
  7. a b The LIGO Scientific Collaboration and The Virgo Collaboration (3 de junho de 2016). «An improved analysis of GW150914 using a fully spin-precessing waveform model». Physical Review X. 6 (4). 041014 páginas. Bibcode:2016PhRvX...6d1014A. arXiv:1606.01210Acessível livremente. doi:10.1103/PhysRevX.6.041014 
  8. Abbott, B.P.; et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) (11 de fevereiro de 2016). «Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger». Physical Review Letters. 116 (6). 061102 páginas. Bibcode:2016PhRvL.116f1102A. PMID 26918975. arXiv:1602.03837Acessível livremente. doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102 
  9. Tushna Commissariat (11 de fevereiro de 2016). «LIGO detects first ever gravitational waves – from two merging black holes». Physics World 
  10. Abbott, B.P.; et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) (21 de outubro de 2016). «Binary Black Hole Mergers in the first Advanced LIGO Observing Run». Physical Review X. 6 (4). 041015 páginas. Bibcode:2016PhRvX...6d1015A. arXiv:1606.04856Acessível livremente. doi:10.1103/PhysRevX.6.041015 
  11. Abbott, B.P.; et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) (15 de junho de 2016). «GW151226: Observation of Gravitational Waves from a 22-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence». Physical Review Letters. 116 (24). 241103 páginas. Bibcode:2016PhRvL.116x1103A. PMID 27367379. arXiv:1606.04855Acessível livremente. doi:10.1103/PhysRevLett.116.241103 
  12. GW151226: A Second Confirmed Source of Gravitational Radiation. 15 de junho de 2016 
  13. Abbott, B.P.; et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) (1 de junho de 2017). «GW170104: Observation of a 50-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence at Redshift 0.2». Physical Review Letters. 118 (22). 221101 páginas. Bibcode:2017PhRvL.118v1101A. PMID 28621973. arXiv:1706.01812Acessível livremente. doi:10.1103/PhysRevLett.118.221101 
  14. Overbye, Dennis (1 de junho de 2017). «Gravitational Waves Felt From Black-Hole Merger 3 Billion Light-Years Away». New York Times. Consultado em 1 de junho de 2017 
  15. Abbott, B.P.; et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) (18 de dezembro de 2017). «GW170608: Observation of a 19-solar-mass Binary Black Hole Coalescence». The Astrophysical Journal Letters. 851 (2): L35. Bibcode:2017ApJ...851L..35A. arXiv:1711.05578Acessível livremente. doi:10.3847/2041-8213/aa9f0c 
  16. Abbott, B.P.; et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) (6 de outubro de 2017). «GW170814: A three-detector observation of gravitational waves from a binary black hole coalescence». Phys. Rev. Lett. 119 (14). 141101 páginas. Bibcode:2017PhRvL.119n1101A. PMID 29053306. arXiv:1709.09660Acessível livremente. doi:10.1103/PhysRevLett.119.141101. Resumo divulgativo (PDF) 
  17. Overbye, Dennis (27 de setembro de 2017). «New Gravitational Wave Detection From Colliding Black Holes». The New York Times. Consultado em 28 de setembro de 2017 
  18. Abbott, B.P.; et al. (LIGO Scientific Collaboration & Virgo Collaboration) (16 de outubro de 2017). «GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral». Physical Review Letters. 119 (16). 161101 páginas. Bibcode:2017PhRvL.119p1101A. PMID 29099225. arXiv:1710.05832Acessível livremente. doi:10.1103/PhysRevLett.119.161101 
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