O próximo passo para um laboratório de ondas gravitacionais no espaço

Um observatório espacial de ondas gravitacionais - ondulações no tecido do espaço-tempo criado pela aceleração de objetos enormes - foi identificado em 2013 como o objetivo para a terceira grande missão (L3) no plano 'Cosmic Vision' (Visão Cósmica) da ESA.

Uma Equipa de Consultoria do Observatório Gravitacional foi nomeada em 2014, composta por peritos independentes. A equipa completou o seu relatório final no início deste ano, recomendando à ESA para prosseguir a missão após ter verificado a viabilidade de um projeto multi-satélite com massas-teste em queda livre, ligadas ao longo de milhões de quilómetros por lasers.

Agora, após a primeira detecção das ondas evasivas com experiências baseadas em terra e o bom desempenho da missão LISA Pathfinder da ESA, que demonstrou algumas das principais tecnologias necessárias para detectar ondas gravitacionais do espaço, a agência está a convidar a comunidade científica a apresentar propostas para a primeira missão espacial para observar ondas gravitacionais.

"As ondas gravitacionais prometem abrir uma nova janela para a astronomia, revelando fenómenos poderosos em todo o universo que não são acessíveis por meio de observações da luz cósmica", diz Alvaro Gimenez, diretor de Ciência da ESA.

Previstas há um século atrás pela teoria geral da relatividade de Albert Einstein, as ondas gravitacionais permaneceram uma incógnita até à primeira detecção direta pelas colaborações entre o 'Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory' e 'Virgo', feitas em setembro de 2015 e anunciadas no início deste ano.

O sinal teve origem a partir da coalescência de dois buracos negros, cada um com cerca de 30 vezes a massa do Sol e a cerca de 1,3 mil milhões de anos-luz de distância. Uma segunda detecção foi feita em Dezembro de 2015 e anunciada em junho, e revelou ondas gravitacionais originadas a partir da fusão de outro buraco negro, desta vez envolvendo objetos mais pequenos, com massas de cerca de 7 e 14 massas solares.

Enquanto isso, a missão LISA Pathfinder foi lançada em Dezembro de 2015 e iniciou as suas operações científicas em Março deste ano, testando algumas das principais tecnologias que podem ser usadas para construir um observatório espacial de ondas gravitacionais.

Os dados recolhidos durante os dois primeiros meses mostraram que é realmente possível eliminar perturbações externas sobre as massas-teste colocadas em queda livre ao nível de precisão exigida para medir a passagem de ondas gravitacionais que perturbam o seu movimento.

Enquanto os detectores terrestres são sensíveis a ondas gravitacionais com frequências de cerca de 100 Hz - ou cem ciclos de oscilação por segundo - um observatório no espaço será capaz de detectar ondas de baixa frequência a partir de 1 Hz até 0,1 mHz. As ondas gravitacionais com diferentes frequências transportam informações sobre diferentes eventos no cosmos, assim como as observações astronómicas em luz visível são sensíveis às estrelas nas principais fases das suas vidas, enquanto observações de raios-X podem revelar as primeiras fases da vida estelar ou os restos do seu falecimento.

Em particular, as ondas gravitacionais de baixa frequência estão ligadas a objetos cósmicos mais exóticos do que os seus homólogos de maior frequência: buracos negros supermassivos, com massas de milhões a mil milhões de vezes a do Sol, que se encontram no centro de galáxias massivas. As ondas são libertadas quando dois desses buracos negros se unem durante uma fusão de galáxias, ou quando um objeto compacto menor, como uma estrela de neutrões ou um buraco negro de massa estelar, curva em espiral em direção a um buraco negro supermassivo.

Observar as oscilações no tecido do espaço-tempo produzidas por esses eventos poderosos será uma oportunidade para estudar como as galáxias se formaram e evoluíram ao longo do tempo de vida do Universo, e para testar a relatividade geral de Einstein no seu regime mais forte.

Os conceitos para a missão L3 da ESA terão de abordar a exploração do universo com ondas gravitacionais de baixa frequência, complementando as observações realizadas no terreno para explorar plenamente o novo campo da astronomia gravitacional. A data de lançamento prevista para a missão é 2034.

Os ensinamentos obtidos com a LISA Pathfinder serão cruciais para desenvolver esta missão, mas também será necessária nova tecnologia para estender o projeto de satélite-único para múltiplos satélites. Por exemplo, lasers muito mais poderosos do que aqueles usados na LISA Pathfinder, bem como telescópios altamente estáveis serão também necessários para conectar as massas em queda livre ao longo de milhões de quilómetros.

As grandes missões do Programa Científico da ESA são lideradas pela ESA, mas também permitem a colaboração internacional. A primeira missão de grande categoria é JUICE, 'JUpiter ICy moons Explorer' (Exploração das luas glaciares de Júpiter), com lançamento previsto para 2022, e a segunda é Athena, 'Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics' (Telescópio Avançado para Astrofísica de Alta-Energia), um observatório de raios-X para investigar o universo quente e energético, com data de lançamento prevista em 2028.

Cartas de intenção para o novo observatório espacial de ondas gravitacionais da ESA devem ser apresentadas até 15 de Novembro, e o prazo para a proposta completa é de 16 de Janeiro de 2017. A seleção está prevista ocorrer no primeiro semestre de 2017, com uma fase preliminar de estudo interno prevista para o final do ano.

Mais informação

Para informações adicionais é favor contactar:

Luigi Colangeli
Chefe do Gabinete de Coordenação do Programa Científico
Agência Espacial Europeia
Email: luigi.colangeli@esa.int

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