Astronomia de onda gravitacional

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.

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

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

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 $m_{1}=50,6M_{\odot }$ . A fusão do par liberou a maior quantidade de energia detectada, equivalente a quase $5M_{\odot }$ . 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 $3,3M_{\odot }$ 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.
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	Tipo	Massa (M_☉)	Tipo	Massa (M_☉)	Tipo	Massa (M_☉)	Spin	Comentários	Ref.
GW150914 09:50:45	2016-02-11	7002179000000000000♠179	7002430000000000000♠430+150 −170	7000310000000000000♠3.1+0.4 −0.4	7001286000000000000♠28.6+1.6 −1.5	3001900000000000000♠−0.01+0.12 −0.13	BN [7]	7001356000000000000♠35.6+4.8 −3.0	BN	7001306000000000000♠30.6+3.0 −4.4	BN	7001631000000000000♠63.1+3.3 −3.0	6999690000000000000♠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	7003155500000000000♠1555	7003106000000000000♠1060+540 −480	7000150000000000000♠1.5+0.5 −0.5	7001152000000000000♠15.2+2.0 −1.1	6998400000000000000♠0.04+0.28 −0.19	BN	7001233000000000000♠23.3+14.0 −5.5	BN	7001136000000000000♠13.6+4.1 −4.8	BN	7001357000000000000♠35.7+9.9 −3.8	6999670000000000000♠0.67+0.13 −0.11	Antes LVT151012; aceito como fonte astrofísica desde 2019	[10][6][5]
GW151226 03:38:53	2016-06-15	7003103300000000000♠1033	7002440000000000000♠440+180 −190	7000100000000000000♠1.0+0.1 −0.2	7000890000000000000♠8.9+0.3 −0.3	6999180000000000000♠0.18+0.20 −0.12	BN	7001137000000000000♠13.7+8.8 −3.2	BN	7000770000000000000♠7.7+2.2 −2.6	BN	7001205000000000000♠20.5+6.4 −1.5	6999740000000000000♠0.74+0.07 −0.05		[11][12]
GW170104 10∶11:58	2017-06-01	7002924000000000000♠924	7002960000000000000♠960+430 −410	7000220000000000000♠2.2+0.5 −0.5	7001215000000000000♠21.5+2.1 −1.7	3001600000000000000♠−0.04+0.17 −0.20	BN	7001310000000000000♠31.0+7.2 −5.6	BN	7001201000000000000♠20.1+4.9 −4.5	BN	7001491000000000000♠49.1+5.2 −3.5	6999660000000000000♠0.66+0.08 −0.10		[13][14]
GW170608 02:01:16	2017-11-16	7002396000000000000♠396; para o norte	7002320000000000000♠320+120 −110	6999900000000000000♠0.9+0.0 −0.1	7000790000000000000♠7.9+0.2 −0.2	6998300000000000000♠0.03+0.19 −0.07	BN	7001109000000000000♠10.9+5.3 −1.7	BH	7000760000000000000♠7.6+1.3 −2.1	BN	7001178000000000000♠17.8+3.2 −0.7	6999690000000000000♠0.69+0.04 −0.04	Menor buraco negro progenitor	[15]
GW170729 18:56:29	2018-11-30	7003103300000000000♠1033	7003275000000000000♠2750+1350 −1320	7000480000000000000♠4.8+1.7 −1.7	7001357000000000000♠35.7+6.5 −4.7	6999360000000000000♠0.36+0.21 −0.25	BN	7001506000000000000♠50.6+16.6 −10.2	BN	7001343000000000000♠34.3+9.1 −10.1	BN	7001803000000000000♠80.3+14.6 −10.2	6999810000000000000♠0.81+0.07 −0.13	Maiores massas desde GW190521	[6]
GW170809 08:28:21	2018-11-30	7002340000000000000♠340; para Cetus	7002990000000000000♠990+320 −380	7000270000000000000♠2.7+0.6 −0.6	7001250000000000000♠25.0+2.1 −1.6	6998700000000000000♠0.07+0.16 −0.16	BN	7001352000000000000♠35.2+8.3 −6.0	BN	7001238000000000000♠23.8+5.2 −5.1	BN	7001564000000000000♠56.4+5.2 −3.7	6999700000000000000♠0.70+0.08 −0.09		[6]
GW170814 10∶30:43	2017-09-27	7001870000000000000♠87; para Eridanus	7002580000000000000♠580+160 −210	7000270000000000000♠2.7+0.4 −0.3	7001242000000000000♠24.2+1.4 −1.1	6998700000000000000♠0.07+0.12 −0.11	BN	7001307000000000000♠30.7+5.7 −3.0	BN	7001253000000000000♠25.3+2.9 −4.1	BN	7001534000000000000♠53.4+3.2 −2.4	6999720000000000000♠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	7001160000000000000♠16; NGC 4993	7001400000000000000♠40±10	≥ 0.04	7000118600000000000♠1.186+0.001 −0.001	5000000000000000000♠0.00+0.02 −0.01	EN	7000146000000000000♠1.46+0.12 −0.10	EN	7000127000000000000♠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	7001390000000000000♠39; Para Pegasus	7003102000000000000♠1020+430 −360	7000270000000000000♠2.7+0.5 −0.5	7001267000000000000♠26.7+2.1 −1.7	3001100000000000000♠−0.09+0.18 −0.21	BN	7001355000000000000♠35.5+7.5 −4.7	BN	7001268000000000000♠26.8+4.3 −5.2	BN	7001598000000000000♠59.8+4.8 −3.8	6999670000000000000♠0.67+0.07 −0.08		[6]
GW170823 13:13:58	2018-11-30	7003165100000000000♠1651	7003185000000000000♠1850±840	7000330000000000000♠3.3+0.9 −0.8	7001293000000000000♠29.3+4.2 −3.2	6998800000000000000♠0.08+0.20 −0.22	BN	7001396000000000000♠39.6+10.0 −6.6	BN	7001294000000000000♠29.4+6.3 −7.1	BN	7001656000000000000♠65.6+9.4 −6.6	6999710000000000000♠0.71+0.08 −0.10		[6]
GW190408_181802 2019-04-08	2020-10-27	140	7003158000000000000♠1580+400 −590		7001183000000000000♠18.3+1.4 −1.2	3001700000000000000♠−0.03+0.13 −0.19	BN	7001245000000000000♠24.5+5.1 −3.4	BN	7001183000000000000♠18.3+3.2 −3.5	BN	7001410000000000000♠41.0+3.8 −2.7	6999670000000000000♠0.67+0.06 −0.07		[21]
GW190412 2019-04-12 05:30:44	2020-04-17	156; para Virgo ou Boötes	7002730000000000000♠730+140 −170		7001133000000000000♠13.3+0.4 −0.3	6999250000000000000♠0.25+0.08 −0.11	BN	7001297000000000000♠29.7+5.0 −5.3	BN	7000840000000000000♠8.4+1.8 −1.0	BN	7001370000000000000♠37.0+4.1 −3.9	6999670000000000000♠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	7003410000000000000♠4100+2410 −1890		7001240000000000000♠24.0+5.4 −3.7	6998100000000000000♠0.01+0.29 −0.33	BN	7001334000000000000♠33.4+12.4 −7.4	BN	7001234000000000000♠23.4+6.7 −6.3	BN	7001543000000000000♠54.3+12.4 −8.4	6999690000000000000♠0.69+0.12 −0.13		[21]
GW190413_134308 2019-04-13	2020-10-27	520	7003515000000000000♠5150+2440 −2340		7001319000000000000♠31.9+7.3 −4.6	3001900000000000000♠−0.01+0.24 −0.28	BN	7001454000000000000♠45.4+13.6 −9.6	BN	7001309000000000000♠30.9+10.2 −9.6	BN	7001728000000000000♠72.8+15.2 −10.3	6999690000000000000♠0.69+0.10 −0.12		[21]
GW190421_213856 2019-04-21	2020-10-27	1000	7003315000000000000♠3150+1370 −1420		7001307000000000000♠30.7+5.5 −6.6	3001500000000000000♠−0.05+0.23 −0.26	BN	7001406000000000000♠40.6+10.4 −6.6	BN	7001314000000000000♠31.4+7.5 −8.2	BN	7001686000000000000♠68.6+11.7 −8.1	6999680000000000000♠0.68+0.10 −0.11		[21]
GW190424_180648 2019-04-21	2020-10-27	26000	7003255000000000000♠2550+1560 −1330		7001303000000000000♠30.3+5.7 −4.2	6999150000000000000♠0.15+0.22 −0.22	BN	7001395000000000000♠39.5+10.9 −6.9	BN	7001310000000000000♠31.0+7.4 −7.3	BN	7001671000000000000♠67.1+12.5 −9.2	6999750000000000000♠0.75+0.08 −0.09		[21]
GW190425 2019-04-25 08:18:05	2020-01-06	28; para Hercules[24]	7002159000000000000♠159+69 −72		7000144000000000000♠1.44+0.02 −0.02	6998120000000000000♠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	7003530000000000000♠5300+2400 −2600	7000760000000000000♠7.6+2.2 −1.9	7001640000000000000♠64+13 −8	6998800000000000000♠0.08+0.27 −0.36	BN	7001850000000000000♠85+21 −14	BN	7001660000000000000♠66+17 −18	BN	7002142000000000000♠142+28 −16	6999720000000000000♠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	7002241000000000000♠241+41 −45		7000609000000000000♠6.09+0.06 −0.06	3002800000000000000♠−0.002+0.06 −0.061	BN	7001232000000000000♠23.2+1.1 −1.0	?	7000259000000000000♠2.59+0.08 −0.09	BN	7001256000000000000♠25.6+1.1 −0.9	6999280000000000000♠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	7002280000000000000♠280±110		7000341000000000000♠3.41+0.08 −0.07	3001900000000000000♠−0.01+0.11 −0.15	BN	7000890000000000000♠8.9+1.2 −1.5	EN	7000190000000000000♠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	7002300000000000000♠300+150 −100		7000242000000000000♠2.42+0.05 −0.07	3000810000000000000♠−0.19+0.23 −0.35	BN	7000570000000000000♠5.7+1.8 −2.1	EN	7000150000000000000♠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

Referências

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