Ondas Gravitacionais
Ondas Gravitacionais
A Previsão de Einstein de
A Previsão de Einstein de
1916 foi confirmada pela
1916 foi confirmada pela
primeira vez com o anúncio
primeira vez com o anúncio
em 11 de fevereiro de 2016
em 11 de fevereiro de 2016
Alexandre Lyra – alexandr@astro.ufrj.br Observatório do Valongo / HCTE
Universidade Federal do Rio de Janeiro
UFRJ
UFRJ
Albert Einstein – Físico Alemão
A Quinta Detecção de Ondas
A Quinta Detecção de Ondas
Gravitacionais foi realizada em 17 de
Gravitacionais foi realizada em 17 de
agosto de 2017 e foi anunciada esta
agosto de 2017 e foi anunciada esta
semana na 2ª. Feira, 16 de outubro de
semana na 2ª. Feira, 16 de outubro de
2017. Da contrapartida eletromagnética
2017. Da contrapartida eletromagnética
desta detecção (colisão de estrelas de
desta detecção (colisão de estrelas de
nêutrons) vários brasileiros participaram
nêutrons) vários brasileiros participaram
inclusive tres pesquisadores do
inclusive tres pesquisadores do
Observatório do Valongo
Observatório do Valongo
Bela Notícia para a
UFRJ e para o
A Quinta Detecção de Ondas Gravitacionais do
A Quinta Detecção de Ondas Gravitacionais do
objeto GW170817, feita em 17/8/2017 foi
objeto GW170817, feita em 17/8/2017 foi
divulgada na 2ª. Feira , 16 de outubro de 2017
divulgada na 2ª. Feira , 16 de outubro de 2017
https://apod.nasa.gov/apod/astropix.html
Foi a fusão de Duas Estrelas de Nêutrons. Foi uma “quilonova” (“knova”), que se encontra-se na galáxia NGC 4993, situada a 123
milhões de anos-luz. Os modelos teóricos indicam que a colisão tenha gerado quase 1 centésimo da massa solar em novos elementos
químicos pesados, incluindo platina, ouro, érbio, e diversos isótopos radioativos pesados, cujo decaimento rápido manteria a luz residual no material remanescente.
Foi uma detecção conjunta com as ondas
eletromagnéticas (da qual participaram
vários brasileiros e também de colegas do
Observatório do Valongo/UFRJ.
A Quinta Detecção de Ondas Gravitacionais:
A Quinta Detecção de Ondas Gravitacionais:
Objeto GW170817 que fica localizado na
Objeto GW170817 que fica localizado na
galáxia elíptica NGC4993, a 123 milhões de
galáxia elíptica NGC4993, a 123 milhões de
anos-luz
anos-luz
Esta imagem mostra o céu em torno da galáxia NGC 4993. Esta galáxia elíptica abrigou a fusão de duas estrelas de nêutrons, que levou à
detecção de ondas gravitacionais, e a uma explosão de raios gama de curta duração e à identificação óptica de um evento de quilonova.
NGC 4993 é uma galáxia elíptica na constelação de Hydra,
galáxia descoberta em 1789 por William Herschel.
Foi a primeira evidência da existência de um novo fenômeno astronômico, anteriormente estudado apenas na teoria: as chamadas "quilonovas“ (colisão de 2 estrelas de nêutrons) .
Nobel de Física de 2017
Nobel de Física de 2017
Massachusetts Institute
of Technology (MIT), Cambridge, MA, USA (1/2)
California Institute of Technology (Caltech),
Pasadena, CA, USA (1/4) California Institute of Technology (Caltech), Pasadena, CA, USA (1/4) Kip Thorne
Kip Thorne Barry Barish Barry Barish
Rainer Weiss
Rainer Weiss
Pela Primeira Detecção de Ondas Gravitacionais
Pela Primeira Detecção de Ondas Gravitacionais
de 14 de setempbro de 2015
Até hoje,
Até hoje,
em 17 de
em 17 de
outubro de 2017,
outubro de 2017, a
a
comunidade científica
comunidade científica
já foi informada sobre
já foi informada sobre
CINCO DETECÇÕES
CINCO DETECÇÕES DE
DE
ONDAS
ONDAS
GRAVITACIONAIS.
GRAVITACIONAIS.
Porém sabemos que
Porém sabemos que
muitas outras virão nos
muitas outras virão nos
próximos anos.
próximos anos.
Conforme disse
Conforme disse
Bernard Schutz:
Bernard Schutz:
vivemos em um
vivemos em um
“universo violento”
“universo violento”.
.
Depois destas 5
Depois destas 5
detecções foram
detecções foram
realizadas outras que
realizadas outras que
podem ser vistas as
podem ser vistas as
referências no site do
referências no site do
LIGO.
LIGO.
Sabemos que muitas
Sabemos que muitas
outras virão nos
outras virão nos
próximos anos.
próximos anos.
Conforme disse
Conforme disse
Bernard Schutz:
Bernard Schutz:
vivemos em um
vivemos em um
“universo violento”
“universo violento”.
.
J. Weber,
Detection and generation of gravitational waves Phys. Rev. 117, 306 (1960)
J. Weber,
Observation of the thermal fluctuations of a gravitational wave detector , Phys. Rev. Lett. 17, 1228 (1966)
J. Weber,
Evidence for discovery of gravitational radiation Phys. Rev. Lett. 22, 1320 (1969).
1 -
Joseph Weber
- (University of Maryland), (1919 -2000) - físico americano, estudou na Academia Naval dos Estados Unidos.
Os esforços pioneiros de Weber e seus primeiros resultados criaram
grande entusiasmo e estimulou o desenvolvimento e construção de outros detectores de barra massivas tanto nos EUA como na Europa.
Infelizmente, os novos resultados foram negativos e em meados
de 1970 a maioria dos cientistas concordou que o que Weber desejava não poderia poderia ser confirmado
Alguns Precursores
Ref. Lambourne Gravitation,p.229
“Reminiscências de Kip Thorne “
Vladimir Braginsky foi um dos grandes físicos experimentais da
segunda metade do século XX e um excelente teórico nos domínios experimentais onde trabalhou. Fui apresentado a ele em 1968 pelo astrofísico teórico Yakov Borisovich Zel'dovich. Zel'dovich descreveu Braginsky com palavras de louvor tão altas como eu não tinha ouvido Zel'dovich dar a qualquer um, exceto Andrei Dmitrievich Sakharov, e logo cheguei a valorá-lo de forma semelhante.
Em 1962, motivada em parte pelas idéias de
Joseph Weber, Braginsky iniciou trabalhos teóricos e experimentais voltados para a
detecção de ondas gravitacionais. Seu artigo de revisão de 1965 "Radiação Gravitacional e a Perspectiva de sua Descoberta Experimental" (Física Soviética Uspekhi 8, 513) foi um marco precoce, abrangendo perspectivas futuras em geral.
https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20160426#Remiscences %20by%20Kip%20Thorne
2 -
Vladimir Borisovich Braginsky
(1931 – 2016), físico experimental russo.“subproduto” teórico/experimental: “quantum nondemolition”
Da mesma forma que a Teoria de Maxwell
Da mesma forma que a Teoria de Maxwell
prevê a existência de ondas eletromagnéticas,
prevê a existência de ondas eletromagnéticas,
a Teoria de Einstein também prevê a existência
a Teoria de Einstein também prevê a existência
de ONDAS GRAVITACIONAIS.
de ONDAS GRAVITACIONAIS.
Ondas Gravitacionais
Linhas Gerais da Teoria das
Linhas Gerais da Teoria das
Ondas Gravitacionais na
Ondas Gravitacionais na
Relatividade Geral
Relatividade Geral
As ondas são soluções das equações de Einstein
As ondas são soluções das equações de Einstein
Einstein em 1916
Einstein em 1916
escreve seu primeiro trabalho com
escreve seu primeiro trabalho com
a solução de ondas gravitacionais. Neste trabalho
a solução de ondas gravitacionais. Neste trabalho
desenvolveu a solução de “campo fraco”
desenvolveu a solução de “campo fraco”
São perturbações na métrica de Minkowski (“plana”),
São perturbações na métrica de Minkowski (“plana”),
são as soluções de ondas gravitacionais.
são as soluções de ondas gravitacionais.
- é a métrica de Minkowski
- é a métrica de Minkowski
(espaço-tempo “plano”)
(espaço-tempo “plano”)
a perturbação, ou onda
a perturbação, ou onda
gravitacional
gravitacional
Einstein em 1918
Einstein em 1918
corrige alguns erros do primeiro
corrige alguns erros do primeiro
trabalho sobre radiação gravitacional.
trabalho sobre radiação gravitacional.
Ver em “
Ver em “Einstein, Hilbert, and The Theory of Gravitation Historical Einstein, Hilbert, and The Theory of Gravitation Historical Origins of General Relativity Theory”
Origins of General Relativity Theory” de Jagdish Mehra, 1974. de Jagdish Mehra, 1974.
J. Mehra, “Einstein, Physics and Relativity”, 1999, p.44
"Os átomos não devem somente irradiar radiação electromagnética, mas também gravitacional, embora em uma pequena
quantidade. ... parece que a teoria quântica não só terá que modificar eletrodinâmica de Maxwell, mas também a nova teoria da
gravitação.”
Einstein, 1916, ver em Mehra, “Einstein, Physics and Relativity”, 1999, p.44
Ideias de Einstein
Propagação no eixo-z
Propagação no eixo-z
a perturbação é ortogonal
a perturbação é ortogonal
à direção z de propagação.
à direção z de propagação.
Estica na direção x e encolhe
Estica na direção x e encolhe
na direção y
na direção y
Ciufolini & Wheeler, 2.10
Ondas Planas, uma solução
Ondas Planas, uma solução
como pequena perturbação
As ondas gravitacionais viajam na velocidade da luz, ou 300 mil
quilômetros por segundo, percorrendo, por exemplo, 3 mil km,
fazendo um ciclo, em apenas um centésimo de segundo
http://www.inpe.br/noticias/noticia.php?Cod_Noticia=3200
- “Sua amplitude, porém, é tão pequena que mesmo um ‘tsunami’ de ondas gravitacionais teria, transversalmente, uma cota menor do que o diâmetro de um próton”
- “Na técnica alternativa da interferometria laser, como a do projeto norte-americano aLIGO, com o qual estamos colaborando, a suposição é a de que, ao passar, a onda
produza um movimento oscilatório relativo nos espelhos, que poderia ser percebido por meio do fenômeno da interferência”, acrescentou.
I : A Teoria da
I : A Teoria da
Relatividade Geral.
Relatividade Geral.
II: As Ondas
II: As Ondas
Gravitacionais
Gravitacionais
III: Detectores, LIGO
III: Detectores, LIGO
Veremos a seguir :
Albert Einstein
Albert Einstein
1879-19551879-1955
É a Teoria na qual se baseia a
É a Teoria na qual se baseia a
Cosmologia Moderna, ou
Cosmologia Moderna, ou
Cosmologia Relativista.
Cosmologia Relativista.
É a Teoria de Einstein para
É a Teoria de Einstein para
a Gravitação
a Gravitação
A Teoria da Relatividade Geral
A Teoria da Relatividade Geral
foi Criada Por Albert Einstein em
foi Criada Por Albert Einstein em
1915
1915
(com 36 anos)
(com 36 anos)
Parte I
Parte I
Parte I
Antes de Einstein....
Antes de Einstein....
Sir Isaac Newton, criador
da Primeira Teoria da
Gravitação (em 1684)
A gravidade deve ser causada por um agente atuando constantemente de acordo com certas leis; mas se esse agente é material ou imaterial, deixei à consideração de meus leitores. (Newton, Principia, do “Sleepwalkers”, A. Koestler, p.503.
Newton desvendou o
Newton desvendou o
“funcionamento” do campo
“funcionamento” do campo
gravitacional, numa certa escala,
gravitacional, numa certa escala,
a lei de atração universal
a lei de atração universal
, mas
, mas
pouco avançou no que se refere
pouco avançou no que se refere
à
à origem desta ação
origem desta ação
.
.
Einstein construiu uma nova
Einstein construiu uma nova
teoria para a gravitação,
teoria para a gravitação,
com a curvatura do
com a curvatura do
espaço-tempo
tempo
Ver o vídeo de B. Greene:
http://www.ted.com/talks/brian_greene_on_string_theory#t-126857
Newton(1643-1727)
Porém, a natureza, a origem, do campo
Porém, a natureza, a origem, do campo
gravitacional continuam misteriosas ATÉ
gravitacional continuam misteriosas ATÉ
HOJE. Na Teoria de Einstein, ele
HOJE. Na Teoria de Einstein, ele
“funciona” (bem! ) através do
“funciona” (bem! ) através do
Espaço-Tempo curvo, mas ainda há muito a
Tempo curvo, mas ainda há muito a
desvendar ...
desvendar ...
O gráviton, mediador da interação gravitacional nunca foi detectado nos aceleradores de partículas ...
Após construir a Teoria da Relatividade Especial, em 1905, uma teoria para referenciais inerciais, Einstein, iniciou seus estudos para generalizar esta teoria para qualquer referencial inclusive não-inerciais, e além disto incluir também o campo gravitacional, Esta tarefa durou ~10 anos, e, finalmente,
em NOVEMBRO DE 1915, CHEGOU ÀS EQUAÇÕES FINAIS da FINAIS da Teoria da Relatividade Geral
Teoria da Relatividade Geral
Einstein em 1915 com o químico Fritz Haber
Vejamos um pouco da evolução
Vejamos um pouco da evolução
do trabalho de Einstein rumo à
do trabalho de Einstein rumo à
Teoria da Relatividade Geral
Teoria da Relatividade Geral
A Matemática é a Linguagem da Física.
A Matemática é a Linguagem da Física.
Com ela fazemos previsões diretas ou de
Com ela fazemos previsões diretas ou de
probabilidades
- Alguns efeitos previstos pela teoria são:
- Alguns efeitos previstos pela teoria são:
Dilatação do Tempo e a Contração nos
Dilatação do Tempo e a Contração nos
comprimentos ambos são
comprimentos ambos são
confirmados
confirmados
experimentalmente ou observacionalmente de
experimentalmente ou observacionalmente de
forma direta ou indireta,
forma direta ou indireta,
principalmente
principalmente
quando as velocidades envolvidas são próximas
quando as velocidades envolvidas são próximas
da
da velocidade da luz
velocidade da luz
.
.
Einstein em 1905
-
-
A Teoria da Relatividade Especial,
A Teoria da Relatividade Especial,
foi concluída em 1905
- Na Primeira década do século XX emergiu a Relatividade
- Na Primeira década do século XX emergiu a Relatividade
Especial e a Mecânica Quântica (MQ) dava seus primeiros
Especial e a Mecânica Quântica (MQ) dava seus primeiros
passos;
passos;
-
Concluída a Relatividade Especial, Einstein viu a sua
Concluída a Relatividade Especial, Einstein viu a sua
incompatibilidade com a Gravitação Newtoniana, por exemplo,
incompatibilidade com a Gravitação Newtoniana, por exemplo,
para Newton, a velocidade com a qual a interação
para Newton, a velocidade com a qual a interação
gravitacional se propaga é infinita;
gravitacional se propaga é infinita;
-
- Desde 1905 que Einstein se dedicou a construir a sua Teoria
Desde 1905 que Einstein se dedicou a construir a sua Teoria
da Gravitação. Com isto pouco tempo sobrou se dedicar à
da Gravitação. Com isto pouco tempo sobrou se dedicar à
Mecânica Quântica, onde também deu importantes
Mecânica Quântica, onde também deu importantes
contribuições;
contribuições;
Como Generalizar a Teoria da Relatividade
Como Generalizar a Teoria da Relatividade
Especial, concluída em 1905 ?
- Depois de vários anos tentando, e depois já
- Depois de vários anos tentando, e depois já
trabalhando, com seu amigo e colaborador
trabalhando, com seu amigo e colaborador
Marcel Grossmann,
Marcel Grossmann,
tomou conhecimento dos
tomou conhecimento dos
trabalhos dos matemáticos
trabalhos dos matemáticos
Riemann, Ricci, Levi-Civita, Christoffel
Riemann, Ricci, Levi-Civita, Christoffel
e outros;
e outros;
Marcel Grossmann
Marcel Grossmann
(matemático
(matemático
húngaro/suíço)
húngaro/suíço)
Com “novas” ferramentas
matemáticas, a partir de
1913,
entrou
na reta final para a construção da
sua teoria da Gravitação.
Além de utilizar novas ferramentas
matemáticas, Einstein elaborou,
- o Princípio da Equivalência,
- o Princípio da Covariância,
que foram fundamentais para a sua
Teoria da
Teoria da
Relatividade
Relatividade
Geral de Einstein
Geral de Einstein
com a sua
com a sua
maquinaria
maquinaria
Após construir a Teoria da Relatividade
Após construir a Teoria da Relatividade
Geral, elaborou logo um
Geral, elaborou logo um
modelo
modelo
cosmológico
cosmológico
, de um Universo Estático e
, de um Universo Estático e
com 3-geometria esférica, compacto
com 3-geometria esférica, compacto
(finito).
(finito).
Iniciava-se assim a
Iniciava-se assim a
Cosmologia
Cosmologia
Moderna
Moderna
.
.
Einstein
Einstein
em 1921
em 1921
Na Teoria da Relatividade Geral
Na Teoria da Relatividade Geral
a gravitação é dada pela
a gravitação é dada pela
curvatura do espaço-tempo.
A Teoria da Relatividade
A Teoria da Relatividade
Geral prevê vários
Geral prevê vários
resultados, por exemplo, a
resultados, por exemplo, a
trajetória da Luz perto de
trajetória da Luz perto de
grandes massas
A Teoria da Relatividade Geral
A Teoria da Relatividade Geral
forneceu uma teoria físico-matemática
forneceu uma teoria físico-matemática
(clássica) para o Universo em Grandes
(clássica) para o Universo em Grandes
Escalas e também para os
Escalas e também para os Buracos
Buracos
Negros
Equações de Einstein
Equações de Einstein
Simplificadamente :
Simplificadamente :
G = k T
G = k T
ou
Nas Unidades Utilizadas
- G é a Constante Gravitacional de Newton ~ 6,67384 × 10-11 m3 kg-1 s-2
-c é a Velocidade da Luz, 299 792 458 m/s
(sem Constante Cosmológica
(sem Constante Cosmológica ΛΛ))
G
αβ
=
8 π G
c
4
T
αβ
Tensor de Einstein,
Tensor de Einstein,
que representa a
que representa a
geometria
geometria
do espaço-tempo
do espaço-tempo
Tensor energia-momentum
Tensor energia-momentum
que representa a
que representa a
matéria
matéria
nas suas diferentes formas
nas suas diferentes formas
Estes dois tensores são
Estes dois tensores são
matrizes 4x4
Algumas Previsões
Algumas Previsões
da Teoria
Porém, a natureza, a origem, do campo
Porém, a natureza, a origem, do campo
gravitacional continuam misteriosas ATÉ
gravitacional continuam misteriosas ATÉ
HOJE. Na Teoria de Einstein, ele
HOJE. Na Teoria de Einstein, ele
“funciona” (bem! ) através do
“funciona” (bem! ) através do
Espaço-Tempo curvo, mas ainda há muito a
Tempo curvo, mas ainda há muito a
desvendar ...
desvendar ...
O gráviton, mediador da interação gravitacional nunca foi detectado nos aceleradores de partículas ...
A perda de energia dos
A perda de energia dos
pulsares pela emissão de
pulsares pela emissão de
ondas gravitacionais (1982), em
ondas gravitacionais (1982), em
acordo com a previsão da
acordo com a previsão da
Relatividade Geral,
Relatividade Geral,
fornece uma
fornece uma
enorme precisão das previsões
enorme precisão das previsões
da teoria de Einstein.
da teoria de Einstein.
Pulsar : é uma estrela de nêutrons em rotação que emite um feixe de radiação luz como holofote de radiação à medida que gira.
Esta foi a
primeira confirmação da
existência de ondas gravitacionais
:
1974 – descoberto os pulsares,
1982- descobriu-se que se aproximavam
da forma prevista pela TRG.
Pulsar Binário
Pulsar Binário
(1974)
(1974)
O
Pulsar binário Hulse-Taylor
(Ap. J. (Letters), 1975, v195, L51) ,
que são duas estrelas de nêutrons orbitando
uma ao redor da outra, onde uma delas é um
pulsar. A Relatividade Geral prevê que o período
desta órbita será cada vez menor devido à
perda de energia por emissão de ondas
gravitacionais
(ver Weinberg, cap.10, eq. 10.5.22).
Ganhadores do
Precisão dos testes com
pulsares
Hawking & Penrose, no
trabalho da Sci. Am. 1996,
afirmam que pelas
observações do pulsar
binário Hulse-Taylor
(PSR1913 +16) , a relatividade
geral está correta em uma
parte em
10
14que é muito
mais precisa que a da Teoria
Quântica de Campos, que é
de
10
11.
Os importantes resultados
Os importantes resultados
previstos e confirmados pela
previstos e confirmados pela
Teoria de Einstein:
Teoria de Einstein:
(1) - desvio da luz perto de grandes massas;
(1) - desvio da luz perto de grandes massas;
(2) - retardo do eco de radar nos planetas
(2) - retardo do eco de radar nos planetas
internos;
internos;
(3) - precessão do periélio de órbitas planetárias,
(3) - precessão do periélio de órbitas planetárias,
por exemplo, movimento de Mercúrio;
por exemplo, movimento de Mercúrio;
(4) - “redshift” gravitacional ;
(4) - “redshift” gravitacional ;
(5) – a variação do período de pulsares prevista
(5) – a variação do período de pulsares prevista
pela teoria é confirmada com observações;
pela teoria é confirmada com observações;
(6) -
(6) -
Ondas gravitacionais (1982, 2015,
Ondas gravitacionais (1982, 2015,
etc.). Já com CINCO detecções até agora.
Parte II :
Parte II :
As Ondas Gravitacionais
As Ondas Gravitacionais
Parte II
Parte II
Dois Primeiros Trabalhos de
Dois Primeiros Trabalhos de
Einstein Sobre Ondas
Einstein Sobre Ondas
Gravitacionais:
Gravitacionais:
1) Einstein, A.: Näherungsweise Integration der
Feldgleichungen der Gravitation. In:
Sitzungsberichte der
Königlich Preussischen Akademie der
Wissenschaften Berlin (
1916
), 688–696.
(Aproximação da Integração das Eqs. De Campo
Gravitacional, Relatorios da Academia de Ciêncais
Prussiana, Berlim, 1916)
2) Einstein, A.: Über Gravitationswellen. In:
Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der
Wissenschaften Berlin (
1918
), 154–167 ( Sobre Ondas
Gravitacionais, Relatorios da Academia de Ciêncais Prussiana,
Berlim, 1918).
Este trabalho corrige erro do de 1916.
Este trabalho corrige erro do de 1916.
1916
1916
1918
Trabalhos de Einstein :
Trabalhos de Einstein :
Trabalho de 1916 b (Aproximação da Integração das
Eqs. De Campo Gravitacional) , Ver na p.201 do livro
The Berlin Years: Writings, 1914--1917 (editado por
Kox et al.)
2) Einstein, A.: Über Gravitationswellen. In:
Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der
Wissenschaften Berlin (1918), 154–167 ( Sobre Ondas
Gravitacionais, Relatorios da Academia de Ciêncais Prussiana,
Berlim, 1918).
Pu
Pu
lar
lar
Einstein’s Discovery of Gravitational Waves 1916-1918 , Galina Weinstein
A Solução de Onda Plana
A Solução de Onda Plana
As equações,
As equações,
são equações lineares cujas soluções
são equações lineares cujas soluções
gerais de ondas planas, podem ser escritas
gerais de ondas planas, podem ser escritas
na forma
na forma
são semelhantes às soluções de ondas
são semelhantes às soluções de ondas
planas das equações de Maxwell, só que
planas das equações de Maxwell, só que
neste caso, descrevem fisicamente
neste caso, descrevem fisicamente
partículas
partículas sem massa de spin 2 (ou
sem massa de spin 2 (ou
grávitons)
grávitons)
tensor de polarização
tensor de polarização
As Ondas Gravitacionais
As Ondas Gravitacionais
A partir das propriedades da solução de
A partir das propriedades da solução de
onda pode-se provar que descrevem
onda pode-se provar que descrevem
uma partícula de spin 2 ,
uma partícula de spin 2 ,
Na realidade, esta será uma
Na realidade, esta será uma
propriedade do gráviton:
propriedade do gráviton:
sem massa e com spin 2 .
sem massa e com spin 2 .
Ver Gasperini & Sabbata p.164)
Ver Gasperini & Sabbata p.164)
Ondas Gravitacionais de
Ondas Gravitacionais de
forma simplificada
forma simplificada
Espaço de duas Espaço de duas dimensões dimensõessem campo gravitacional
sem campo gravitacional
Espaço com campo
Espaço com campo
gravitacional de uma
gravitacional de uma
massa
massa
As Ondas Gravitacionais
As Ondas Gravitacionais
Espaço com campo gravitacional de uma
Espaço com campo gravitacional de uma
massa perturbado massa perturbado
Ondas Gravitacionais de
Ondas Gravitacionais de
forma simplificada
forma simplificada
Se as oscilações no espaço-tempo fossem tão exageradas quanto vemos na animação acima, não deveria ser muito complicado detectar as ondas gravitacionais. No entanto, como as ondas gravitacionais vêm de muito longe, até chegarem até nós certamente estão bastante
“enfraquecidas''. Esse efeito oscilatório de esticar/encolher é muitíssimo sutil, o que dificulta a sua medição experimental. Mas, uma possível medida desse efeito seria contundente prova da existência das ondas gravitacionais. http://www.outerplaces.com/science/item/11210-watch- ligo-s-dazzling-simulations-of-merging-black-holes-and-gravitational-waves
Ondas Gravitacionais de
Ondas Gravitacionais de
forma simplificada
forma simplificada
Pu
Pu
lar
lar
Ondas Gravitacionais
Ondas Gravitacionais
Concepção artística de ondas gravitacionais geradas pela dança cósmica de dois buracos negros prestes a se fundirem. Crédito: Caltech
Joseph Weber (1919-2000)
físico americano , foi o primeiro a fazer uma tentativa real
Primeira prova da existência
Primeira prova da existência
das Ondas Gravitacionais :
das Ondas Gravitacionais :
Pulsar (Hulse & Taylor, 1974),
Pulsar (Hulse & Taylor, 1974),
1982
1982
The existence of gravitational waves was first
demonstrated in the 1970s and 80s by Joseph Taylor, Jr., and colleagues. Taylor and Russell Hulse
discovered in 1974 a binary system composed of a
pulsar in orbit around a neutron star. Taylor and Joel M. Weisberg in 1982 found that the orbit of the pulsar was slowly shrinking over time because of the release of energy in the form of gravitational waves. For
discovering the pulsar and showing that it would make possible this particular gravitational wave
measurement, Hulse and Taylor were awarded the Nobel Prize in Physics in 1993.
Os experimentos para a detecção de Ondas
Gravitacionais começaram nos anos 1960s com
Weber.
Vários aparelhos foram montados até chegar aos
interferômetros.
Nos anos 2000s, foram construídos :
TAMA300 no
Japão, GEO na Alemanha, LIGO nos EUA, e VIRGO
na Itália.
Em 2015 o LIGO passou por um aperfeiçoamento.
Em 14 de setembro de 2015 foi realizada a primeira
detecção das ondas gravitacionais.
Parte III : Detectores das Ondas
Parte III : Detectores das Ondas
Gravitacionais
Alguns dos Detectores de
Alguns dos Detectores de
Ondas Gravitacionais
Durante cerca de 100 anos as ondas
Durante cerca de 100 anos as ondas
gravitacionais foram soluções
gravitacionais foram soluções
teóricas das equações de Einstein.
teóricas das equações de Einstein.
Agora são uma realidade observacional, através
Agora são uma realidade observacional, através
do LIGO, VIRGO.
LIGO – Detector de Ondas Gravitacionais
LIGO – Detector de Ondas Gravitacionais
http://fisicanaveia.blogosfera.uol.com.br/2016/02/12/quer_entender_o_que _sao_ondas-gravitacionais/
LIGO = Laser Inteferometer Gravitational-Wave Observatory
Fica nos Estados Unidos e foi desenhando para tentar medir o efeito estica/encolhe provocado pela chegada e passagem de ondas gravitacionais aqui na Terra.
LIGO – Um Pouco da Sua História
LIGO – Um Pouco da Sua História
http://fisicanaveia.blogosfera.uol.com.br/2016/02/12/quer_entender_o_que_sao_onda s-gravitacionais/
Em 1990, depois de anos de estudos, relatórios, apresentações e reuniões de comissões, Weiss, Thorne, e Drever convenceram a “National Science Foundation” (NSF) para financiar a construção de LIGO. O projeto custaria duzentos e setenta e dois milhões de dólares, mais do que qualquer
experimento. "Isso começou uma luta enorme", disse Weiss. Alguns pesquisadores eram contra isso, porque eles achavam que ia ser o maior
desperdício de dinheiro que já aconteceu. Muitos cientistas estavam preocupados que o LIGO iria
minar o dinheiro de outras pesquisas. Rica Isaacson, um oficial do programa na N.S.F. na época, foi
fundamental na obtenção do observatório. "Ele e a National Science Foundation assumiram conosco este enorme risco", disse Weiss.
LIGO – Detector de Ondas Gravitacionais
LIGO – Detector de Ondas Gravitacionais
https://www.ligo.caltech.edu/ Luisiana
Washington
3.000 Km de distância entre Livingston e Hanford
A primeira detecção foi em 14/9/2015
A primeira detecção foi em 14/9/2015
: colisão dos
: colisão dos
buracos negros
buracos negros
ocorreu no passado, há 1,3 bilhões
de anos, entre buracos negros com 29 e 36
vezes a massa do Sol
http://www.galeriadometeorito.com/2016/02/ondas-gravitacionais-foram-detectadas.html#.V077EeSrHrc
https://www.ligo.caltech.edu/page/press-release-gw150914?highlight=first%20gravitational
O chamado “
LIGO inicial
", ou a sua
primeira versão dos interferômetros foi
construída para detectar ondas
gravitacionais. Esta coleta de dados
iniciais foi realizada entre 2001 e 2010
(estas informações foram retiradas do
site do LIGO). Mas não apresentaram na
época resultado positivos.
O “LIGO inicial” chegou ao fim em 2010,
quando foi desmontado para abrir
caminho para a instalação dos novos e
melhorados detectores, o “
LIGO
Avançado
” (
ALIGO
). O redesenho,
construção, preparação e instalação de
Aligo levou 7 anos (2008-2015).
LIGO – Detector de Ondas
LIGO – Detector de Ondas
Gravitacionais
Gravitacionais
http://fisicanaveia.blogosfera.uol.com.br/2016/02/12/quer_entender_o_que _sao_ondas-gravitacionais/
No LIGO, são enviados raios lasers nos dois braços e são
programados para se anularem completamente. Como resultado,
nenhuma luz atinge o fotodetector do LIGO. Se, no entanto, uma
onda gravitacional passar pela instalação LIGO, pode estender um
braço detector e comprimir o outro, cirando uma interferência
construtiva que não existia antes, e esta luz “laser” alcança o
fotodetector. O padrão dessa luz fornece informações sobre as
mudanças sofridas pelos braços e, assim, revela propriedades
sobre as ondas gravitacionais incidentes e sua fonte.
No LIGO, são enviados raios lasers nos dois braços e são
programados para se anularem completamente. Como resultado,
nenhuma luz atinge o fotodetector do LIGO. Se, no entanto, uma
onda gravitacional passar pela instalação LIGO, pode estender um
braço detector e comprimir o outro, cirando uma interferência
construtiva que não existia antes, e esta luz “laser” alcança o
fotodetector. O padrão dessa luz fornece informações sobre as
mudanças sofridas pelos braços e, assim, revela propriedades
sobre as ondas gravitacionais incidentes e sua fonte.
LIGO – Detector de Ondas
LIGO – Detector de Ondas
Gravitacionais
Dimensões do efeito da onda
Dimensões do efeito da onda
nos braços do LIGO
nos braços do LIGO
http://fisicanaveia.blogosfera.uol.com.br/2016/02/12/quer_entender_o_que _sao_ondas-gravitacionais/
Apesar da estupenda energia liberada pela
colisão de buracos negros, detectar ondas
gravitacionais é excessivamente difícil, pois os
efeitos que eles têm sobre os instrumentos da
LIGO são incompreensivelmente pequenos. Na
3ª. Detecção- janeiro de 2017
, a onda fez com
que no espaço-tempo ocupado pelos braços de
LIGO, tenha sido esticado e encolhido em
0,000.000.000.000.000.001 (ou 1 × 10-18) metros
(a.k.a. um "attometer
"). Isso é 1000 vezes menor
do que um próton!
http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/noticia/2016/02/experime nto-ve-ondas-gravitacionais- fenomeno-previsto-por-einstein.html
LIGO
LIGO
https://www.ligo.caltech.edu/ page/what-is-interferometer
LIGO
http://www.bbc.com/news/scien ce-environment-35524440
Funcionamento
Funcionamento
Um feixe de laser é dividido em dois
caminhos, que vão para frente e para trás entre os espelhos amortecidos.
As duas partes de luz são recombinadas e enviadas para um detector.
As ondas gravitacionais que passam pelo laboratório devem perturbar a instalação de forma a esticar muito sutilmente e espremer seu espaço.
Isso deve se mostrar como uma mudança nos comprimentos dos braços de luz (verde)
O fotodetector captura esse sinal no feixe recombinado
O que foi detectado na
O que foi detectado na
primeira
primeira
detecção 14
detecção 14 de setembro de 2015
de setembro de 2015
Da ausência de sinal para finalmente o sinal
Da ausência de sinal para finalmente o sinal
detectado em setembro de 2015
detectado em setembro de 2015
A colisão dos buracos negros
A colisão dos buracos negros
ocorreu no passado,
há 1,3 bilhões de anos , entre buracos negros
com 29 e 36 vezes a massa do Sol
A onda foi emitida quando começava a vida
A onda foi emitida quando começava a vida
multicelular na Terra, e só chegou em 2015.
multicelular na Terra, e só chegou em 2015.
A Primeira Detecção
A Primeira Detecção
Cerca de 3 vezes a massa do Sol foi convertida em ondas gravitacionais em uma fração de segundo. Ao olhar o para o tempo de chegada dos sinais de detector em Livingston registrou o evento 7
milissegundos antes do detector em Hanford, os cientistas podem dizer que a fonte foi localizado no hemisfério sul..
“A change in the lengths of the arms smaller than one-ten-thousandth the diameter of a proton (10-19
meter) can be detected.”
29 e 36 massas solares
A Primeira Detecção
A Primeira Detecção
“Estava completamente escuro. Mas não
completamente imóvel. Tremores de dois buracos negros colidindo sacudiram tudo, o
espaço-tempo. Como ondulações de um seixo jogado na água, as ondas gravitacionais da propagação do impacto através do cosmos.
Demorou tempo para que elas nos acessassem. Apesar de se mover na velocidade da luz, o mais rápido possivel, levou mais de mil milhões de anos para que essas ondas chegassem aqui na Terra. Em 14 Setembro de 2015, às 11.51, um balanço suave no padrão de luz nos laboratórios do LIGO da América revelou o drama que se desenrolou há muito tempo e distante, há 1,3 bilhão de anos-luz da Terra.” (Texto Do LIGO)
A Primeira Detecção
A Segunda Detecção
A Segunda Detecção
em 26 de Dezembro de 2015
em 26 de Dezembro de 2015
Foi realizada em 26 de dezembro de 2015. e foi divulgada em junho de 2016.
Os buracos negros tinham 14 e 8 massas Solares. Houve a conversão em energia de
aproximadamente 1 massa Solar.
O buraco Negro final tinha 20,8 massas solares.
14 e 8 massas solares
A Terceira Detecção –
A Terceira Detecção –
em 4 de Janeiro 2017
em 4 de Janeiro 2017
Em janeiro de 2017 foram, pela terceira vez, detectadas ondas gravitacionais de colisão de buracos negros. "Na verificação mais recente, que ocorreu 4 em janeiro de 2017, os cientistas detectaram um evento localizado a 3 bilhões de anos-luz de distância da Terra, onde ocorreu um choque entre dois buracos negros que resultou em um um novo buraco negro com massa equivalente a 49 vezes a do Sol. Os buracos negros eram de 19 e 32 massas solares. "Temos mais uma confirmação da existência de buracos negros de massa estelar que são maiores do que 20 massas solares — são objetos que não sabíamos que existiam antes que o LIGO os detectasse", afirmou David Shoemaker, do Instituto de Tecnologia de
Massachussetts (MIT) o porta-voz da Colaboração Científica LIGO, em comunicado. Os dois buracos negros detectados em 2015
tinham massas solares equivalentes a 29 e 36 massas solares.“
A 3ª. Detecção, de janeiro de 2017, a onda fez com que no espaço-tempo ocupado pelos braços de LIGO, tenha sido esticado e encolhido em
0,000.000.000.000.000.001 (ou 1 × 10-18) metros (a.k.a. um "attometer"). Isso é 1000 vezes menor do que um próton!
19 e 32 massas solares
A Quarta Detecção –
A Quarta Detecção –
em 14 de Agosto de 2017-
em 14 de Agosto de 2017-
Anunciada em 27-set 2017
Anunciada em 27-set 2017
Três detectores de onda gravitacional já relataram uma detecção
conjunta de ondas gravitationais. A quarta detecção foi de uma fusão binária no buraco negro no universo distante. O evento foi em 17 de agosto de 2017, e assim batizado pelo GW170814, pelos locais do
observatório LIGO em Hanford, Washington e Livingston, Louisiana, e o mais recente Observatório Virgo operacional perto de Pisa, Itália. O sinal foi emitido nos últimos momentos da coalescência de dois buracos
negros de 31 e 25 massas solares (o buraco negro formado foi de 53 vezes a massa do nosso Sol) localizadas a cerca de 1,8 bilhões de anos-luz de distância. Foram 3 massas solares convertidas em energia. Mas, comparando o tempo das detecções de ondas gravitacionais em todos os três locais, permitiu que os astrônomos melhorassem
amplamente a localização da origem do sinal no céu. Logo acima das nuvens de Magalhães e geralmente em direção à constelação de
Eridanus, a única região do céu consistente com os sinais nos três
detectores é indicada pela linha de contorno amarela neste mapa de todo o céu.
31 e 25 massas solares
A Quarta Detecção –
A Quarta Detecção –
em 14 de Agosto de 2017
em 14 de Agosto de 2017
O recém-inaugurado detector Virgo, na Itália, participou da observação de uma onda
gravitacional pela primeira vez. [Imagem: The Virgo collaboration], é de 3km seus “braços”.
Evidência tripla: Dois observatórios LIGO, nos EUA (Hanford e Livingston) e o
observatório Virgo, na Itália
A Quarta Detecção –
A Quarta Detecção –
em 14 de Agosto de 2017
em 14 de Agosto de 2017
A projeção de todo o céu inclui o arco da nossa
Galáxia da Via Láctea. Uma localização
melhorada de três detectores da fonte de onda
gravitacional permitiu observações rápidas de
seguimento por outros observatórios de ondas
eletromagnéticas mais convencionais que
podem procurar sinais potencialmente
relacionados. A adição do detector Virgo
também permitiu medir a polarização da onda
gravitacional, uma propriedade que ainda
confirma as previsões da relatividade geral de
Einstein.
A Quarta Detecção –
A Quarta Detecção –
em 14 de Agosto de 2017
em 14 de Agosto de 2017
A Quinta Detecção – em
A Quinta Detecção – em
17/8/2017 – Anunciada em 16 de
17/8/2017 – Anunciada em 16 de
outubro de 2017 – GW170817
outubro de 2017 – GW170817
Fusão de Duas Estrelas de Neutrons- Detecção Uma localização melhorada pelos três detectores
A Colaboração TOROS participou da busca da contrapartida EM do GW170817. Nas noites de 2017, de 17 e 18 de agosto, examinamos 26 galáxias próximas, contidas na região de localização inicial, utilizando duas instalações: o telescópio T80-Sul e um telescópio Meade LX200 de 16 polegadas equipado com uma câmera SBIG STF 8300, localizado em Tolar Grande, Argentina (Díaz et al., 2017a, 2017b). Uma vez que a
contrapartida do candidato foi identificada perto de NGC 4993 $ (veja as referências acima), concentramos nossos esforços nessa fonte.
O telescópio brasileiro T80-Sul, localizado em Cerro Tololo Inter-American Observatory, no Chile, participou da campanha de observação da fusão com mais 70 observatórios no mundo, que miraram no mesmo ponto de Hidra.
http://agenciabrasil.ebc.com.br/pesquisa-e-inovacao/noticia/2017-10/brasileiros-participam-da-primeira-observacao-de-fusao-de
A Quinta Detecção – em
A Quinta Detecção – em
17/8/2017 – Anunciada em 16 de
17/8/2017 – Anunciada em 16 de
outubro de 2017 – GW170817
outubro de 2017 – GW170817
https://apod.nasa.gov/apod/astropix.htmlFusão de Duas Estrelas de Neutrons- Detecção Uma localização melhorada pelos três detectores
A Quinta Detecção –
A Quinta Detecção –
Ondas Gravitacionais e
Ondas Gravitacionais e
Eletromagnéticas
Eletromagnéticas
https://jornalggn.com.br/fora-pauta/ detecao-inedita-da-colisao-de-estrelas-de-neutrons-via-ondas-gravitacionais-e-luz-otica-empolga-cientistasUma descoberta astronômica inédita foi anunciada hoje por várias observatórios, institutos de pesquisa e consórcios
astronômicos: a deteção simultânea da colisão de duas estrelas de nêutrons através de ondas gravitacionais e eletromagnéticas. A descoberta envolve a quebra de vários marcos: foi a primeira
deteção de ondas gravitacionais provenientes de um par de estrelas de nêutrons, a primeira confirmação por observação eletromagnética de evento descoberto via ondas gravitacionais, a primeira evidência real de que colisão de estrelas de nêutros podem ser responsáveis pelas explosões de raios gama de curto período e primeira evidência da existência de um novo fenômeno astronômico, anteriormente estudado apenas na teoria: as
A Quinta Detecção –
A Quinta Detecção –
Ondas Gravitacionais e
Ondas Gravitacionais e
Eletromagnéticas
Eletromagnéticas
https://jornalggn.com.br/fora-pauta/ detecao-inedita-da-colisao-de-estrelas-de-neutrons-via-ondas-gravitacionais-e-luz-otica-empolga-cientistasHoje sabemos que as novas são estrelas binárias formadas por uma anã branca e uma estrela gigante. A estrela gigante tem
parte da sua atmosfera roubada pela atração gravitacional da anã branca
As quilonovas receberam esse nome também em alusão às novas. Mas o prefixo quilo- foi adotado por seu brilho máximo chegar a ser mil vezes superior ao de uma nova típica, mas ainda muito inferior ao das supernovas. Foram previstas em 1998,
A Quinta Detecção –
A Quinta Detecção –
Ondas Gravitacionais e
Ondas Gravitacionais e
Eletromagnéticas
Eletromagnéticas
https://jornalggn.com.br/fora-pauta/ detecao-inedita-da-colisao-de-estrelas-de-neutrons-via-ondas-gravitacionais-e-luz-otica-empolga-cientistasAs quilonovas receberam esse nome também em alusão às novas. Mas o prefixo quilo- foi adotado por seu brilho máximo chegar a ser mil vezes superior ao de uma nova típica, mas ainda muito inferior ao das supernovas. Foram previstas em 1998,
como resultado da colisão entre duas estrelas de nêutrons. A quilonova descoberta encontra-se na galáxia NGC 4993, situada a 123 milhões de anos-luz. Os modelos teóricos indicam que a colisão tenha gerado quase 1 centésimo da massa solar em novos elementos
químicos pesados, incluindo platina, ouro, érbio, e diversos isótopos radioativos pesados, cujo
decaimento rápido manteria a luz residual no material remanescente.
Com as ondas gravitacionais os
astrônomos poderão avaliar finalmente o chamado de "Universo escuro" - a parte majoritária do cosmos que é invisível para os telescópios.
Finalmente
“
“
A coisa eternamente incompreensível
A coisa eternamente incompreensível
sobre o mundo é a sua compreensibilidade “
sobre o mundo é a sua compreensibilidade “
A. Einstein
A. Einstein
Einstein, Mileva e o filho
Einstein, Mileva e o filho
Hans Albert em 1905
