{"id":6079,"date":"2023-05-30T06:20:35","date_gmt":"2023-05-30T05:20:35","guid":{"rendered":"http:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/?p=6079"},"modified":"2023-05-30T06:20:36","modified_gmt":"2023-05-30T05:20:36","slug":"fisicos-vao-ouvir-atentamente-o-timbre-dos-buracos-negros","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/2023\/05\/30\/fisicos-vao-ouvir-atentamente-o-timbre-dos-buracos-negros\/","title":{"rendered":"F\u00edsicos v\u00e3o ouvir atentamente o “timbre” dos buracos negros"},"content":{"rendered":"
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\"\"<\/a>
Representa\u00e7\u00e3o art\u00edstica do espa\u00e7o-tempo de um buraco negro em teorias da gravidade modificadas. O buraco negro no centro \u00e9 o remanescente da fus\u00e3o de um buraco negro bin\u00e1rio e est\u00e1 a emitir as suas \u00faltimas ondas gravitacionais antes de assentar. As ondas gravitacionais previstas pela relatividade geral s\u00e3o representadas pelas espirais azuis que se afastam do buraco negro. Os desvios da relatividade geral podem aparecer como deforma\u00e7\u00f5es das ondas gravitacionais e s\u00e3o representados pelas espirais vermelhas.
Cr\u00e9dito: Yasmine Steele da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

A teoria da relatividade geral de Albert Einstein descreve a forma como o tecido do espa\u00e7o e do tempo, ou espa\u00e7o-tempo, \u00e9 curvado em resposta \u00e0 massa. O nosso Sol, por exemplo, deforma o espa\u00e7o \u00e0 nossa volta de tal forma que o planeta Terra orbita o Sol como um berlinde atirado para um funil (a Terra n\u00e3o cai para o Sol devido ao impulso lateral do planeta).<\/p>\n\n\n\n

A teoria, que foi revolucion\u00e1ria na altura em que foi proposta em 1915, reformulou a gravidade como uma curvatura do espa\u00e7o-tempo. Por muito fundamental que esta teoria seja para a pr\u00f3pria natureza do espa\u00e7o \u00e0 nossa volta, os f\u00edsicos dizem que pode n\u00e3o ser o fim da hist\u00f3ria. Em vez disso, defendem que as teorias qu\u00e2nticas da gravidade, que tentam unificar a relatividade geral com a f\u00edsica qu\u00e2ntica, cont\u00eam segredos sobre o funcionamento do nosso Universo a n\u00edveis mais profundos.<\/p>\n\n\n\n

Um dos s\u00edtios onde se podem procurar assinaturas qu\u00e2nticas de gravidade \u00e9 nas poderosas colis\u00f5es entre buracos negros, onde a gravidade atinge o seu ponto mais extremo. Os buracos negros s\u00e3o os objetos mais densos do Universo – a sua gravidade \u00e9 t\u00e3o forte que espremem os objetos que neles caem como se fossem esparguete. Quando dois buracos negros colidem e se fundem num corpo maior, perturbam o espa\u00e7o-tempo em redor, enviando ondas gravitacionais em todas as dire\u00e7\u00f5es.<\/p>\n\n\n\n

O LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), financiado pela NSF (National Science Foundation) e gerido pelo Caltech e pelo MIT (Massachusetts Institute of Technology), tem vindo a detetar regularmente ondas gravitacionais geradas por fus\u00f5es de buracos negros desde 2015 (os seus observat\u00f3rios parceiros, Virgo e KAGRA, juntaram-se \u00e0 ca\u00e7a em 2017 e 2020, respetivamente). No entanto, at\u00e9 agora, a teoria da relatividade geral tem passado teste ap\u00f3s teste, sem sinais de rutura.<\/p>\n\n\n\n

Agora, dois novos artigos cient\u00edficos liderados pelo Caltech, publicados na revista Physical Review X e na revista Physical Review Letters, descrevem novos m\u00e9todos para submeter a relatividade geral a testes ainda mais rigorosos. Observando mais de perto as estruturas dos buracos negros e as ondula\u00e7\u00f5es no espa\u00e7o-tempo que produzem, os cientistas procuram sinais de pequenos desvios da relatividade geral que indiciem a presen\u00e7a de gravita\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica.<\/p>\n\n\n\n

“Quando dois buracos negros se fundem para produzir um buraco negro maior, o buraco negro final toca como um sino”, explica Yanbei Chen, professor de f\u00edsica no Caltech e coautor de ambos os estudos. “A qualidade do toque, ou o seu timbre, pode ser diferente das previs\u00f5es da relatividade geral se certas teorias da gravita\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica estiverem corretas. Os nossos m\u00e9todos foram concebidos para procurar diferen\u00e7as na qualidade desta fase de descida do zumbido, como os harm\u00f3nicos e os sobretons, por exemplo”.<\/p>\n\n\n\n

O primeiro artigo, coliderado por Dongjun Li, estudante do Caltech, e Pratik Wagle, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, apresenta uma nova equa\u00e7\u00e3o para descrever o ‘toque’ dos buracos negros no \u00e2mbito de certas teorias qu\u00e2nticas da gravidade, ou naquilo a que os cientistas chamam o regime para l\u00e1 da relatividade geral.<\/p>\n\n\n\n

O trabalho baseia-se numa equa\u00e7\u00e3o inovadora desenvolvida h\u00e1 50 anos por Saul Teukolsky, professor de astrof\u00edsica te\u00f3rica no Caltech. Teukolsky tinha desenvolvido uma equa\u00e7\u00e3o completa para compreender melhor a forma como as ondula\u00e7\u00f5es da geometria do espa\u00e7o-tempo se propagam \u00e0 volta dos buracos negros. Em contraste com os m\u00e9todos num\u00e9ricos da relatividade, em que s\u00e3o necess\u00e1rios supercomputadores para resolver simultaneamente muitas equa\u00e7\u00f5es diferenciais da relatividade geral, a equa\u00e7\u00e3o de Teukolsky \u00e9 muito mais simples de utilizar e, como Li explica, fornece uma vis\u00e3o f\u00edsica direta do problema.<\/p>\n\n\n\n

“Se algu\u00e9m quiser resolver todas as equa\u00e7\u00f5es de Einstein da fus\u00e3o de um buraco negro para a simular com precis\u00e3o, tem de recorrer a supercomputadores”, diz Li. “Os m\u00e9todos num\u00e9ricos da relatividade s\u00e3o extremamente importantes para simular com exatid\u00e3o as fus\u00f5es de buracos negros e constituem uma base crucial para a interpreta\u00e7\u00e3o dos dados do LIGO. Mas \u00e9 extremamente dif\u00edcil para os f\u00edsicos extrair intui\u00e7\u00f5es diretamente dos resultados num\u00e9ricos. A equa\u00e7\u00e3o de Teukolsky d\u00e1-nos uma vis\u00e3o intuitiva do que se est\u00e1 a passar na fase de descida do zumbido”.<\/p>\n\n\n\n

Li e os seus colaboradores conseguiram, pela primeira vez, pegar na equa\u00e7\u00e3o de Teukolsky e adapt\u00e1-la a buracos negros no regime para l\u00e1 da relatividade geral. “A nossa nova equa\u00e7\u00e3o permite-nos modelar e compreender as ondas gravitacionais que se propagam \u00e0 volta dos buracos negros, que s\u00e3o mais ex\u00f3ticas do que Einstein previu”, afirma.<\/p>\n\n\n\n

O segundo artigo, publicado na revista Physical Review Letters, liderado pelo estudante de Caltech, Sizheng Ma, descreve uma nova forma de aplicar a equa\u00e7\u00e3o de Li aos dados reais obtidos pelo LIGO e pelos seus parceiros na sua pr\u00f3xima s\u00e9rie de observa\u00e7\u00f5es. Esta abordagem de an\u00e1lise de dados utiliza uma s\u00e9rie de filtros para remover caracter\u00edsticas do “toque” de um buraco negro previstas pela relatividade geral, de modo a que possam ser reveladas assinaturas potencialmente subtis para l\u00e1 da relatividade geral.<\/p>\n\n\n\n

“Podemos procurar caracter\u00edsticas descritas pela equa\u00e7\u00e3o de Dongjun nos dados que o LIGO, o Virgo e o KAGRA ir\u00e3o recolher”, diz Ma. “Dongjun encontrou uma forma de traduzir um grande conjunto de equa\u00e7\u00f5es complexas numa s\u00f3 equa\u00e7\u00e3o, o que \u00e9 extremamente \u00fatil. Esta equa\u00e7\u00e3o \u00e9 mais eficiente e mais f\u00e1cil de usar do que os m\u00e9todos que us\u00e1mos anteriormente”.<\/p>\n\n\n\n

Os dois estudos complementam-se bem, diz Li. “Estava inicialmente preocupado que as assinaturas que a minha equa\u00e7\u00e3o prev\u00ea ficassem enterradas sob m\u00faltiplos sobretons e harm\u00f3nicos; felizmente, os filtros de Sizheng conseguem remover todas estas caracter\u00edsticas conhecidas, o que nos permite focar apenas nas diferen\u00e7as”, afirma.<\/p>\n\n\n\n

Chen acrescentou: “Trabalhando em conjunto, as descobertas de Li e Ma podem aumentar significativamente a capacidade da nossa comunidade para sondar a gravidade”.<\/p>\n\n\n\n

\/\/ Caltech (comunicado de imprensa)<\/a>
\/\/ Artigo cient\u00edfico #1 (Physical Review X)<\/a>
\/\/ Artigo cient\u00edfico #1 (arXiv.org)<\/a>
\/\/ Artigo cient\u00edfico #2 (Physical Review Letters)<\/a>
\/\/ Artigo cient\u00edfico #2 (arXiv.org)<\/a><\/p>\n\n\n\n

Saiba mais:<\/h3>\n\n\n\n

Buracos negros:<\/strong>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

Ondas gravitacionais:<\/strong>
GraceDB (Gravitational Wave Candidate Event Database)<\/a>
Wikipedia<\/a>
Astronomia de ondas gravitacionais – Wikipedia<\/a>
Ondas gravitacionais: como distorcem o espa\u00e7o – Universe Today<\/a>
Detetores: como funcionam – Universe Today<\/a>
As fontes de ondas gravitacionais – Universe Today<\/a>
O que \u00e9 uma onda gravitacional (YouTube)<\/a><\/p>\n\n\n\n

Teoria da Relatividade Geral:<\/strong>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

Gravita\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica:<\/strong>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

LIGO:<\/strong>
P\u00e1gina oficial<\/a>
Caltech<\/a>
Advanced LIGO<\/a>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

Virgo:
<\/strong>EGO<\/a>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

KAGRA:<\/strong>
P\u00e1gina oficial<\/a>
Wikipedia<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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