Detecção de ondas gravitacionais: por que seriam estas ondas originadas na fusão de dois buracos negros e não de algum outro evento?

27 de fevereiro, 2016 às 17:21 | Postado em Astronomia, Cosmologia, Gravitação, Relatividade

Como a recente comprovação fisica de ondas gravitacionais pelo LIGO pôde associar a onda detectada à dois buracos negros se fundindo e não à um outro evento qualquer ? Não deveria detectar tambem “ruido gravitacional” de fundo ?

O LIGO conta com uma biblioteca de mais de 200 mil modelos rodados de fusão de pares de Buracos Negros (BNs), onde se usam simulações com gravitação pós-newtoniana e modelos numéricos relativísticos para estudar a fusão de pares de Buracos Negros com diversas relações de massas.

 Por que dois e não mais, por exemplo três, Buracos Negros?

 Há diversas razões. A primeira e mais simples é que as estrelas duplas são mais frequentes que triplas. Do ponto de vista analítico, o caso de gravitação de 3 corpos  tem solução analítica para o caso de uma massa desprezível em relação às outras duas. Estas soluções podem ser aplicadas com muito boa aproximação a casos reais como um cometa ou asteroide no campo do Sol e Júpiter, ou de Próxima Centauri no campo do par Alpha1 Alpha2 Centauri.

 No caso dos Buracos Negros, as simulações desenvolvidas por Guilherme Gonçalves Ferrari – que estudou durante o seu mestrado no IF-UFRGS um fenômeno relativístico particular na galáxia M83 (http://revistapesquisa.fapesp.br/2010/12/05/chute-gravitacional/) –  demonstram que no caso BNs, frequentemente ocorre a ejeção do objeto menos massivo e a fusão do par de objetos mais massivos. Se não houver ejeção, a fusão do terceiro objeto aconteceria num tempo posterior ao dos dois mais massivos, ou seja, se reduziria ao problema de fusão de dois corpos novamente, no qual os dois BNs mais massivos se fundem primeiro e o terceiro BN funde-se depois ao remanescente da primeira fusão. Isto é fácil de entender intuitivamente tendo em conta o tempo efêmero que durou a fase de ejeção intensa de ondas gravitacionais do objeto GW150914 detectado por LIGO, apenas 0.2 segundos (!) no referencial de LIGO.

 Por que não outro evento qualquer?

 A outra possibilidade de fusão de pares e fusão de estrelas de nêutrons, ou uma estrela de nêutrons com um BN. Estes fenômenos são menos energéticos que o detectado por LIGO.

Por que não um evento produzido no Big Bang?

 Espera-se detectar sinais do evento primordial, porem, de acordo ao que se deduz da Radiação Cósmica de Fundo, o espectro a ser observado deve ser diferente, na forma e na intensidade, do observado por LIGO. Este fenômeno, ao contrário de GW150914, não deve vir de uma direção preferencial no céu.

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Esclarecimentos no  Coletivo Ácido Cético

Mensagem de Giuliano Gasparini: Pelo que eu tenho lido, qualquer objeto acelerado produz ondas gravitacionais. Analogia para cargas elétricas produzindo ondas eletromagnéticas quando forem aceleradas.

A questão é que apenas objetos supermassivos produzem ondas com amplitude suficiente para serem detectadas. Em algum lugar eu li que o Sistema Solar inteiro irradiaria 5kW em OG. É a potência de um chuveiro….

Resposta do Prof. Horacio Dottori: 

Caro Giuliano,

Não existe momento dipolar em gravitação.

Eu entendo que é bom desmistificar, sempre tendo em conta que não se deve banalizar. O risco é nunca atingirmos nada.

O assunto OG não é banal, haja visto que precisou do meeting de Chapel Hill em 57 para ter um consenso sobre se OG existiam e se valia a pena investir em detecção.

A confusão em quanto à sensibilidade necessária chegou à última upgrade de LIGO, que começou em 2010 e levou 5 anos e consumiu outros 200 milhões alem do já investido a partir de 1992.

Recem agora, após mais de  50 anos de trabalho de muita gente capaz, entende-se porque os intentos de Weber com os seus cilindros resonantes e os outros detectores, incluido o LIGO  até setembro de 2015,falharam.

Se queres entender melhor a fusão de BHs te convido a revisar a dissertação de Guilherme Gonçalves Ferrari ou contatá-lo no IF.

Se tu vês a aproximação PN3.5, a qual ele chegou (até 2.5 raios de Schwarschild) a integrar, arrepia. 11 mil linhas de programa e ainda falta a parte mais cabeluda, a aproximação dos 2 raios de Schwarzschild finais, quando recem se faz intensa o suficiente a radiação gravitacional.

Ali não mais podes com PN, tem de encarar mesmo as equações de Einstein para 2 corpos.

O que Guilherme fez, até onde ele fez, com a capacidade que ele tem, é exatamente o que LIGO e os outros grupos usam.

Se é verdade que qualquer par de objetos vai emitir ondas, nem o LIGO pode detectar hoje fusão além de par de *s de nêutrons. A rigor, não sabem se vão detectar esse fenômeno, pois as massas de estrelas de nêutrons não superam 3 massas solares. O par de BNs que fundiram no evento detectado é aprox 30 massas do Sol cada um!

Finalmente, o fato de não existir momento dipolar em gravitação einsteniana, faz com que o inchaço e contração sucessiva de um objeto esférico ou elipsoide oscilando ao longo de configurações  homologas, não produzam OG.

Ou seja, não é qualquer flutuação de uma massa que vai alterar a métrica ao redor dela.

Abs, Horacio

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