Em 11 de fevereiro de 2016, os cientistas do Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO) anunciaram a primeira detecção de ondas gravitacionais. Esse desenvolvimento, que confirmou uma previsão feita pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein há um século, abriu novos caminhos de pesquisa para cosmólogos e astrofísicos. Desde então, mais detecções foram feitas, todas consideradas o resultado da fusão de buracos negros.
No entanto, de acordo com uma equipe de astrônomos de Glasgow e Arizona, os astrônomos não precisam se limitar a detectar ondas causadas por fusões gravitacionais maciças. De acordo com um estudo que eles produziram recentemente, a rede de detectores de ondas gravitacionais Advanced LIGO, GEO 600 e Virgo também pôde detectar as ondas gravitacionais criadas pela supernova. Ao fazer isso, os astrônomos poderão ver pela primeira vez dentro dos corações das estrelas em colapso.
O estudo, intitulado "Inferindo o Mecanismo de Explosão de Supernova com Núcleo-Colapso com Simulações Tridimensionais de Ondas Gravitacionais", apareceu recentemente online. Liderada por Jade Powell, que recentemente concluiu seu doutorado no Instituto de Pesquisa Gravitacional da Universidade de Glasgow, a equipe argumenta que os atuais experimentos de ondas gravitacionais devem ser capazes de detectar as ondas criadas pelas Supernovas do Core Collapse (CSNe).
Também conhecidas como supernovas do tipo II, o CCSNe é o que acontece quando uma estrela massiva chega ao fim de sua vida útil e experimenta um colapso rápido. Isso desencadeia uma explosão maciça que explode as camadas externas da estrela, deixando para trás uma estrela de nêutrons remanescente que pode eventualmente se tornar um buraco negro. Para que uma estrela sofra esse colapso, ela deve ter pelo menos 8 vezes (mas não mais de 40 a 50 vezes) a massa do Sol.
Quando esses tipos de supernovas ocorrem, acredita-se que os neutrinos produzidos no núcleo transfiram a energia gravitacional liberada pelo colapso do núcleo para as regiões externas mais frias da estrela. Powell e seus colegas acreditam que essa energia gravitacional pode ser detectada usando instrumentos atuais e futuros. Como eles explicam em seu estudo:
“Embora nenhum CCSNe tenha sido detectado atualmente por detectores de ondas gravitacionais, estudos anteriores indicam que uma rede avançada de detectores pode ser sensível a essas fontes na Grande Nuvem de Magalhães (LMC). Um CCSN seria uma fonte ideal de multi-mensageiros para aLIGO e AdV, pois seria esperado um equivalente de neutrino e eletromagnético no sinal. As ondas gravitacionais são emitidas do interior do núcleo do CCSNe, o que pode permitir que parâmetros astrofísicos, como a equação de estado (EOS), sejam medidos a partir da reconstrução do sinal da onda gravitacional. ”
Powell e ela também descrevem um procedimento em seu estudo que pode ser implementado usando o modelo de supernova Evidence Extractor (SMEE). A equipe então conduziu simulações usando os mais recentes modelos tridimensionais de supernovas de colapso de ondas gravitacionais para determinar se o ruído de fundo poderia ser eliminado e a detecção adequada dos sinais CCSNe.
Como o Dr. Powell explicou à Space Magazine por e-mail:
“O Supernova Model Evidence Extractor (SMEE) é um algoritmo que usamos para determinar como as supernovas recebem a enorme quantidade de energia necessária para explodir. Ele usa estatísticas bayesianas para distinguir entre diferentes modelos de explosão possíveis. O primeiro modelo que consideramos no artigo é que a energia da explosão vem dos neutrinos emitidos pela estrela. No segundo modelo, a energia da explosão vem da rotação rápida e de campos magnéticos extremamente fortes. ”
A partir disso, a equipe concluiu que, em uma rede de três detectores, os pesquisadores podiam determinar corretamente a mecânica da explosão de supernovas de rotação rápida, dependendo da distância. A uma distância de 10 kiloparsecs (32.615 anos-luz), eles seriam capazes de detectar sinais de CCSNe com 100% de precisão e sinais a 2 kiloparsecs (6.523 anos-luz) com 95% de precisão.
Em outras palavras, se e quando uma supernova ocorrer na galáxia local, a rede global formada pelos detectores de ondas gravitacionais Advanced LIGO, Virgo e GEO 600 teria uma excelente chance de detectá-la. A detecção desses sinais também permitiria alguma ciência inovadora, permitindo que os cientistas "vissem" dentro de estrelas explosivas pela primeira vez. Como o Dr. Powell explicou:
“As ondas gravitacionais são emitidas do fundo do núcleo da estrela, onde nenhuma radiação eletromagnética pode escapar. Isso permite que a detecção de ondas gravitacionais nos informe informações sobre o mecanismo de explosão que não pode ser determinado com outros métodos. Também podemos determinar outros parâmetros, como a rapidez com que a estrela está girando. ”
A Dra. Powell, que concluiu recentemente seu doutorado, também assumirá uma posição de pós-doutorado no Centro de Excelência em RC para Descoberta de Ondas Gravitacionais (OzGrav), o programa de ondas gravitacionais hospedado pela Universidade de Swinburne, na Austrália. Enquanto isso, ela e seus colegas conduzirão pesquisadores direcionados para supernovas que ocorreram durante o primeiro e o segundo segundos de observação avançada do detector.
Embora não haja garantias neste momento de que eles encontrarão os sinais procurados que demonstrariam que as supernovas são detectáveis, a equipe tem grandes esperanças. E dadas as possibilidades que esta pesquisa possui para astrofísica e astronomia, elas dificilmente estão sozinhas!
