🔧 Retificar os sinais de ondas gravitacionais posteriormente

Quando uma onda gravitacional atravessa a Terra, os detectores LIGO, Virgo e KAGRA estão prontos para detectá-la. No entanto, sua sensibilidade depende de muitos fatores, e é possível que um detector não funcione nominalmente no momento da passagem da onda. Nessas situações, é importante poder processar os dados coletados por esse detector para melhorar sua qualidade. A rede agora possui uma ferramenta eficaz para conseguir isso: a calibração astrofísica.

As ondas gravitacionais deformam o espaço-tempo, esticando-o e comprimindo-o durante sua passagem. Esse efeito nos braços dos detectores é da ordem de 10⁻¹⁹ metro, ou seja, muito menor que o diâmetro de um próton! Para serem sensíveis a variações tão ínfimas, os detectores são calibrados em tempo real usando circuitos de controle por realimentação e um procedimento preciso que modela sua resposta às ondas, levando em conta os efeitos gerados pelos próprios circuitos de controle. Se a calibração não for ideal, a "leitura" do sinal – e, portanto, a interpretação do fenômeno cósmico que o gerou – fica comprometida.

Recalibrar retroativamente os dados coletados

No entanto, se o sinal gravitacional detectado for suficientemente intenso (ou seja, distinguir-se claramente do ruído de fundo), é possível recalibrar retroativamente os dados coletados por um detector mal calibrado, comparando seu sinal com as previsões da relatividade geral, bem como com os sinais observados pelos outros detectores. Os modelos teóricos desempenham aqui um papel semelhante ao das partituras musicais, que indicam a forma esperada do sinal (as "notas" que ele deve "tocar"). Associados aos dados dos detectores bem calibrados, eles permitem corrigir os efeitos parasitas nos dados do detector mal calibrado. O processo é comparável à maneira como softwares de produção musical corrigem as notas erradas de um cantor para alinhá-las a uma melodia.

"As ondas gravitacionais são ondulações do espaço-tempo que esticam e comprimem o espaço", explica Christopher Berry, pesquisador do "Institute for Gravitational Research" da Universidade de Glasgow. "Elas são extremamente tênues quando chegam à Terra, milhões de anos após os eventos que as produziram. Não podemos ouvi-las diretamente, mas nossos detectores podem converter seus sinais em ondas sonoras, cuja frequência aumentamos para escutá-las. Cada sinal produz então um 'chirp' característico, rico em informações sobre suas fontes: massas, spins, distância e localização. No caso específico da fusão de dois buracos negros, a técnica de calibração astrofísica funciona porque o 'chirp' do sinal é descrito com extrema precisão pela teoria da relatividade geral de Einstein."

Teste em dois sinais particularmente intensos e interessantes

Em um artigo a ser publicado na Physical Review Letters, pesquisadores da colaboração LVK demonstram como essa técnica foi aplicada a dois sinais particularmente intensos e interessantes: GW240925 e GW250207 (os nomes dos sinais indicam sua data de detecção, respectivamente em setembro de 2024 e fevereiro de 2025). No momento em que esses sinais foram captados, o detector LIGO Hanford (Estado de Washington, EUA) não estava em condições ideais, tornando a interpretação de seus dados particularmente difícil.



Ao comparar os sinais previstos pela teoria com os sinais observados simultaneamente pelos detectores LIGO Livingston (na Louisiana) e Virgo (na Itália), os pesquisadores puderam tirar conclusões precisas sobre a forma como o detector LIGO Hanford deformou os dados coletados. Para GW240925, esse método confirmou os erros de calibração já medidos no local. Para GW250207, por outro lado, foi indispensável recorrer à calibração astrofísica, pois não havia nenhuma medida de calibração confiável disponível no local.

Graças à calibração corrigida do detector LIGO Hanford, os pesquisadores do LVK determinaram que GW240925 foi gerado pela fusão de dois buracos negros com massas respectivas de 9 e 7 vezes a do Sol, localizados a cerca de 350 megaparsecs da Terra, enquanto GW250207 veio de dois buracos negros de 35 e 30 massas solares, a cerca de 200 megaparsecs. Sem uma consideração rigorosa das incertezas de calibração, essas estimativas poderiam ter sido distorcidas para valores incorretos.

Astronomia gravitacional de precisão

"Essas descobertas mostram que, após mais de uma década de trabalho desde a primeira detecção, desenvolvemos uma compreensão aprofundada de toda a cadeia de análise, desde os próprios sinais até o comportamento dos detectores. No caso raro em que um detector apresenta mau funcionamento, agora dispomos de métodos robustos para explorar os dados dos outros detectores, a fim de obter os melhores resultados possíveis. Essas informações são cruciais para distinguir falsos desvios em relação à relatividade geral, que poderiam vir de um comportamento não modelado do detector", comemora Elisa Maggio, pesquisadora do Instituto Nacional de Física Nuclear italiano (INFN) e ex-pós-doutoranda e bolsista Marie Curie no Instituto Max Planck (Instituto Albert Einstein) de Potsdam.


"É notável que esses eventos cósmicos colossais possam não apenas ser medidos por nossos instrumentos, mas também servir para validar nossas medições. O fato de termos conseguido usar a calibração astrofísica demonstra a maturidade das capacidades dos detectores de ondas gravitacionais. Estamos passando da era das primeiras descobertas para a da astronomia gravitacional de precisão. Além disso, o catálogo de detecções de ondas gravitacionais não para de crescer, e em algumas semanas publicaremos um novo capítulo, com novas observações que aprofundarão e ampliarão ainda mais nossa compreensão do Universo e de seus fenômenos mais violentos", conclui Benoît Revenu, pesquisador do laboratório Subatech (CNRS, IMT Atlantique, Université de Nantes) em Nantes e responsável pela análise cosmológica para esses dois eventos muito particulares.

Fonte: CNRS IN2P3