Um novo tipo de detector de ondas gravitacionais para encontrar buracos negros do tamanho de bolas de tênis saídos do Big Bang.

Crédito: SciTechDaily

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“A detecção de buracos negros primordiais abre novas perspectivas para entender a origem do Universo, porque esses buracos negros ainda hipotéticos devem ter se formado apenas algumas frações minúsculas de segundo após o Big Bang. Seu estudo é de grande interesse para a pesquisa em física teórica e cosmologia, porque eles puderam explicar de forma notável a origem da matéria escura no Universo.” É possível ver estrelas nos olhos dos integrantes da equipe liderada pelo professor Fuzfa, astrofísico da UNamur, ao falar sobre as perspectivas de suas pesquisas. Este projeto resulta de uma colaboração inédita entre a UNamur e a ULB, à qual a ENS se agregou graças ao envolvimento do aluno estagiário Léonard Lehoucq.

A ideia era unir a expertise da UNamur na área de antenas de ondas gravitacionais, ideia patenteada pelo professor Fuzfa em 2018 e estudada por Nicolas Herman em seu doutorado, com a da ULB no campo crescente dos buracos negros primordiais, em que O professor Clesse é um dos protagonistas. Eles acabam de desenvolver uma aplicação desse tipo de detector para observar “pequenos” buracos negros primordiais. Seus resultados acabam de ser publicados na revista Physical Review D. “Até hoje, esses buracos negros primordiais ainda são hipotéticos, porque é difícil fazer a diferença entre um buraco negro resultante da implosão de um núcleo estelar e um buraco negro primordial. Poder observar buracos negros menores que a massa de um planeta, mas de poucos centímetros, faria a diferença”, afirma a equipe de pesquisadores. Eles continuam: “Estamos oferecendo aos experimentadores um dispositivo que poderia detectá-los, capturando as ondas gravitacionais que eles emitem quando se fundem e que são de frequências muito mais altas do que as disponíveis atualmente.”

Mas qual é a técnica? Uma “antena” de onda gravitacional, composta por uma cavidade de metal específica e devidamente imersa em um forte campo magnético externo. Quando a onda gravitacional atravessa o campo magnético, ela gera ondas eletromagnéticas na cavidade. De certa forma, a onda gravitacional faz a cavidade “sibilar” (ressoar), não com som, mas com microondas.

Esse tipo de dispositivo, de apenas alguns metros de tamanho, seria suficiente para detectar fusões de pequenos buracos negros primordiais a milhões de anos-luz da Terra. É muito mais compacto do que os detectores comumente usados (interferômetros LIGO, Virgo e KAGRA), que têm vários quilômetros de comprimento. O método de detecção o torna sensível a ondas gravitacionais de frequência muito alta (na ordem de 100 MHz, em comparação com 10-1000 Hz para LIGO/Virgo/Kagra), que não são produzidas por fontes astrofísicas comuns, como fusões, estrelas de nêutrons ou buracos negros estelares.

Por outro lado, é ideal para a detecção de pequenos buracos negros, a massa de um planeta e seu tamanho vai de uma pequena bola a uma bola de tênis. “Nossa proposta de detector combina tecnologias bem dominadas e da vida cotidiana, como magnetrons em fornos de microondas, ímãs de ressonância magnética e antenas de rádio. Mas não desmonte seus eletrodomésticos imediatamente para começar a aventura: leia primeiro nosso artigo, depois peça seu equipamento, entenda o dispositivo e o sinal que o espera na saída”, dizem os pesquisadores rindo.

Esta técnica patenteada encontra-se em fase de modelação teórica avançada, mas reúne todos os elementos necessários para entrar numa fase mais concreta, com a construção de um protótipo. Em qualquer caso, abre caminho para pesquisas fundamentais sobre as origens do nosso Universo. Além dos buracos negros primordiais, esse tipo de detector também poderia observar diretamente as ondas gravitacionais emitidas no momento do Big Bang e, assim, sondar a física com energias muito superiores às alcançadas em aceleradores de partículas.

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Referência:

Straight Out of the Big Bang: New Type of Gravitational Wave Detector to Find Tennis Ball-Sized Black Holes. SciTechDaily, 22, jun. 2021. Disponível em: <https://scitechdaily.com/straight-out-of-the-big-bang-new-type-of-gravitational-wave-detector-to-find-tennis-ball-sized-black-holes/>. Acesso em: 22, jun. 2021.