Será que ondas gravitacionais de alta frequência foram detectadas pela primeira vez?
Ressonador de onda acústica de cristal de quartzo. Créditos: Universidade da Austrália Ocidental
Um detector inovador que usa um cristal de quartzo para capturar ondas gravitacionais de alta frequência foi construído por pesquisadores do Centro de Excelência para Física de Partículas de Matéria Escura (CDM) do Conselho de Pesquisa da Austrália e da Universidade da Austrália Ocidental.
Conforme apontam os resultados publicados na Physical Review Letters, em seus primeiros 153 dias de operação, foram detectados dois eventos inéditos que poderiam ser ondas gravitacionais de alta frequência.
As ondas gravitacionais foram originalmente previstas por Albert Einstein. Segundo teorizou físico, o movimento de objetos astronômicos poderia fazer com que ondas de curvatura do espaço-tempo se propagassem pelo Universo, quase como as ondas causadas por pedras jogadas em um lago. Essa previsão foi comprovada em 2015, quando houve a primeira detecção de um sinal de onda gravitacional.
Desde então, teve início uma nova era de pesquisa de ondas gravitacionais. Mas a geração atual de detectores ativos apresenta forte sensibilidade apenas a sinais de baixa frequência. Estes, de acordo com os cientistas, seriam causados pela fusão de dois buracos negros em movimento ou pelo desaparecimento de uma estrela em um buraco negro.
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Enquanto isso, a detecção de ondas gravitacionais de alta frequência permanece uma frente inexplorada e extremamente desafiadora na astronomia. No entanto, há também um número significativo de propostas teóricas para a origem das ondas gravitacionais de alta frequência. Entra elas estão os buracos negros primordiais ou nuvens de partículas de matéria escura.
O novo detector projetado pela equipe de pesquisa do CDM tem como objetivo captar ondas gravitacionais de alta frequência. Ele foi construído em torno de um ressonador de onda acústica de cristal de quartzo (BAW). No coração deste dispositivo está um disco de cristal de quartzo que pode vibrar em altas frequências devido às ondas acústicas que viajam através de sua espessura. Essas ondas, então, induzem uma carga elétrica que atravessa o dispositivo e pode ser detectada por placas condutoras colocadas nas superfícies externas do disco de quartzo.
O BAW foi conectado a um dispositivo supercondutor de interferência quântica. Conhecido como SQUID, ele atua como um amplificador extremamente sensível para o sinal de baixa tensão do BAW de quartzo. Este conjunto foi colocado em vários escudos de radiação para protegê-lo de campos eletromagnéticos dispersos. Além disso, ele foi resfriado de modo a permitir que vibrações acústicas de baixa energia do quartzo sejam detectadas como de altas voltagens a partir da ajuda do amplificador SQUID.
A equipe agora trabalhará para determinar a natureza do sinal, com o objetivo de eventualmente confirmar a detecção de ondas gravitacionais de alta frequência.
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Para o professor Michael Tobar, da Universidade da Austrália Ocidental e um dos principais pesquisadores do projeto, a onda gravitacional é apenas uma das possíveis respostas para a detecção. Outras explicações podem ser a presença de partículas de carga, um aumento da tensão mecânica, um evento de meteoro ou algum processo atômico interno. Também pode ser devido à interação da matéria escura de massa muito alta com o detector.
“É emocionante que este evento tenha mostrado que o novo detector é sensível e está dando resultados. Mas agora temos que determinar exatamente o que eles significam”, disse ele. “Com este trabalho, demonstramos pela primeira vez que esses dispositivos podem ser usados como detectores de ondas gravitacionais de alta sensibilidade”
Os cientistas ainda planejam estender o alcance do aparelho a frequências ainda mais altas, algo inédito e jamais feito por outro experimento já explorou. Segundo eles, o desenvolvimento desse tipo de tecnologia tem o potencial de fornecer a primeira detecção de ondas gravitacionais em altas frequências e uma série de novas informações sobre esta área da astronomia.
“A próxima fase do experimento envolverá a construção de um clone do detector e um detector de muon sensível a partículas cósmicas. Se dois detectores encontrarem a presença de ondas gravitacionais, isso será realmente emocionante”, disse Tobar.