O grande erro da NASA: os buracos negros em fusão do LIGO eram invisíveis, afinal
Crédito da imagem: SXS, o projeto Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) (http://www.black-holes.org).
As ondas gravitacionais eram reais. Mas anúncios anteriores de que raios-X e raios gama também foram detectados? Não muito.
O que é realmente emocionante é o que vem a seguir. Acho que estamos abrindo uma janela para o universo – uma janela de astronomia de ondas gravitacionais. – Dave Reitze
Em 14 de setembro de 2015, um pequeno efeito com duração de 200 milissegundos passou pela Terra na velocidade da luz. O planeta inteiro comprimiu e expandiu em duas direções mutuamente perpendiculares por menos do que a largura de um próton, oscilando para frente e para trás cerca de sete vezes nesse período. E em dois detectores separados por 2.000 milhas, um padrão de interferência formado por dois lasers isolados, refletidos para frente e para trás no vácuo e depois reunidos novamente, nos deu a explicação reveladora para esse efeito. A 1,3 bilhão de anos-luz de distância, dois buracos negros com cerca de 30 vezes a massa do Sol espiralaram um no outro, fundindo-se e enviando ondulações energéticas pelo tecido do próprio espaço. Pela primeira vez, uma onda gravitacional – uma das mais antigas previsões não verificadas da Relatividade Geral de Einstein – foi detectada diretamente.
Crédito da imagem: ESA–C.Carreau, do efeito cascata no espaço-tempo que uma onda gravitacional passa.
Os telescópios ópticos não viram nada, como esperado. A fusão de buracos negros não foi prevista para emitir qualquer luz, ao contrário da fusão de estrelas (que criam uma estrela maior), anãs brancas (que criam uma supernova) ou estrelas de nêutrons (que se acredita criar uma explosão de raios gama); eles só devem ser detectáveis por seu sinal de onda gravitacional. No entanto, havia uma curiosa exceção possível, como uma equipe do satélite Fermi da NASA afirmou detectar raios gama coincidente com este evento, compensado por meros 0,4 segundos. Uma matriz de 14 detectores de cristal a bordo - o instrumento Gamma-ray Burst Detection Monitor (GBM) - detectou uma explosão inesperada de raios-X e afirmou que havia apenas 0,2% de chance de um falso positivo.
Esta imagem, tirada em maio de 2008, quando o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi estava sendo preparado para o lançamento, destaca os detectores de seu Monitor de Explosão de Raios Gama (GBM). O GBM é uma matriz de 14 detectores de cristal. Crédito da imagem: NASA/Jim Grossmann.
Enquanto a NASA comemorava, no entanto, cientistas cautelosos de todo o mundo estavam céticos. Isso não apenas derrubaria os principais modelos teóricos para fusões de buracos negros, e não apenas uma chance de 99,8% de sucesso corresponde apenas a uma significância de 3-σ (em vez da significância de 5-σ normalmente necessária para uma descoberta em física), mas um satélite complementar em órbita — o satélite INTEGRAL da ESA - não conseguiu ver a evidência corroborante deveria ter se este sinal fosse real. Pelo contrário, o INTEGRAL pesquisou todos os dados e não conseguiu encontrar nenhum sinal interessante coincidente com a onda gravitacional do LIGO. Longe de uma detecção definitiva, esses dados conflitantes levantaram mais perguntas do que responderam .
Uma detecção marginal está disponível apenas para o evento de onda gravitacional associado à detecção do LIGO em 14 de setembro de 2015. Crédito da imagem: D. Bagoly et al., 2016 (enviado para A&A), via http://arxiv.org/abs/1603.06611 .
Graças a um novo artigo agora disponível de J. Greiner, J.M. Burgess, V. Savchenko e H.-F. Yu , no entanto, o conflito aparente pode finalmente ser resolvido. O segredo está em entender como o instrumento GBM a bordo do satélite Fermi da NASA realmente funciona. Em vez de medir um sinal absoluto, ele mede um fundo constante e contínuo de fótons em uma grande faixa de energia. Os picos acima desse fundo, quando aparecem, podem nos mostrar qualquer um evento físico real (como uma explosão ou fusão), ou podem simplesmente ser evidência de uma flutuação aleatória que não tem origem física. Se você usar um algoritmo imperfeito para discriminar quais flutuações são físicas versus não físicas, poderá acabar tirando conclusões inválidas sobre o que é real e o que é fantasma. O grande avanço do novo papel , submetido ao Astrophysical Journal como uma Carta, não é observacional ou teórico, mas sim estatística ; ele discrimina de forma mais robusta e bem-sucedida entre o ruído normal e uma explosão de luz de alta energia de uma fonte astrofísica.
Várias técnicas estatísticas analisando os dados do Fermi. A análise original (roxo) mostra um sinal, mas a análise aprimorada (laranja) mostra apenas algo consistente com ruído puro. Crédito da imagem: Figura 5 de J. Greiner, J.M. Burgess, V. Savchenko e H.-F. Yu, recuperado da pré-impressão em http://arxiv.org/abs/1606.00314 .
Acima, você pode ver várias maneiras diferentes de reconstruir o sinal aparente coincidente com a onda gravitacional do LIGO. A análise da equipe original do Fermi é mostrada em roxo: uma detecção clara. No entanto, a reconstrução superior deste novo artigo é mostrada em laranja e se alinha com os dados brutos (azul) e também - mais importante - é consistente com uma não detecção , o que significa que não há sinal eletromagnético aqui. De acordo com um dos autores do artigo, J. Michael Burgess, o artigo original (alegando uma detecção) tinha algumas falhas estatísticas que sua equipe conseguiu identificar, relacionando o seguinte:
Quando vi o anúncio e o jornal, o espectro parecia o que sempre vejo como pano de fundo.
Depois de reunir sua equipe e desenvolver algumas novas ferramentas de análise, eles confirmaram suas suspeitas:
Vimos instantaneamente que obtivemos uma resposta muito diferente. O espectro do evento era basicamente zero: nada ali.
A nova técnica estatística desenvolvida por Burgess e seus colaboradores provou ser incrivelmente poderosa, retirando com sucesso até mesmo sinais fracos de raios gama de dados ruidosos e reduzindo drasticamente o número de falsos positivos. Ao combinar esta nova técnica com os dados existentes do Fermi, deve ser possível fazer grandes avanços na identificação de verdadeiros eventos astrofísicos.
A impressão de um artista de uma explosão de raios gama iluminando sua galáxia hospedeira. Crédito da imagem: Observatório Gemini / AURA / Lynette Cook.
É importante lembrar que pode haver e haverá correlações no futuro não apenas entre ondas gravitacionais e raios gama, mas entre o LIGO e o instrumento GBM do Fermi. Quando solicitado a comentar, Burgess disse o seguinte:
O GBM é um instrumento incrível e sua sinergia com o LIGO oferece uma maneira incrível de vermos o Universo. A equipe do GBM fez um grande esforço para isso, e quando uma fusão de estrelas de nêutrons acontecer nas proximidades, é muito provável que o GBM e o LIGO (e outros) vejam algo… e isso será incrível!
Mas, para ter certeza de que não estamos nos enganando, temos que fazer isso direito. A colaboração entre as equipes - a equipe Fermi, a equipe INTEGRAL e as equipes de ondas gravitacionais - são incrivelmente importantes. Mas a necessidade de calibrar os sinais que vários observatórios verão é essencial para obter os resultados corretos. A fusão de buracos negros pode, de fato, às vezes levar à radiação eletromagnética, uma possibilidade que eventos futuros testarão. Mas a regra de ouro em situações como essas é a hipótese nula: na ausência de evidências extraordinárias, como é o caso aqui, aposte exatamente no que as principais ideias da física prevêem.
Esta postagem apareceu pela primeira vez na Forbes , e é oferecido a você sem anúncios por nossos apoiadores do Patreon . Comente em nosso fórum , & compre nosso primeiro livro: Além da Galáxia !
Compartilhar:
