A academia real de ciências da Suécia decidiu atribuir metade do prêmio Nobel de física 2017 para Rainer Weiss e a outra metade em conjunto para Barry c. Barish e Kip. Thorne da Colaboração LIGO/Virgo.
Rainer Weiss, Barry Barish e Kip Thorne, vencedores do Prêmio Nobel de física para 2017. Ilustração: NobelPrize.org
“Pelas contribuições decisivas do detector do LIGO e pelas observação das ondas gravitacionais”.
Em 14 de setembro de 2015, as ondas gravitacionais do Universo foram observadas pela primeira vez. As ondas, que foram previstas por Albert Einstein, há cem anos, vieram de uma colisão entre dois buracos negros. Foram necessários 1.3 bilhões de anos para as ondas chegarem ao detector do LIGO nos EUA. A descoberta inaugurou a era da astronomia de ondas gravitacionais.
O sinal era extremamente fraco quando chegou à Terra, mas já está a prometer uma revolução em astrofísica. As ondas gravitacionais são uma forma totalmente nova de observar os eventos mais violentos no espaço e testar os limites do nosso conhecimento.
LIGO, o Observatório de Ondas Gravitacionais, é um projeto de colaboração com mais de mil pesquisadores de mais de vinte países. Os premiados com o Nobel de 2017 têm – com o seu entusiasmo e determinação – um valor inestimável para o sucesso do LIGO. Os Pioneiros Rainer Weiss e kip S. Thorne, juntamente com o Barry c. Barish, o cientista e líder que trouxe o projeto à conclusão, assegurou que quatro décadas de esforço fizeram com que as ondas gravitacionais fossem finalmente observadas.
O Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Albert Einstein Institute/AEI), em Potsdam e Hannover, e o Leibniz Universität em Hannover felicitam Rainer Weiss, Barry C. Barish e Kip S. Thorne pelo recebimento do Prêmio Nobel de Física 2017: “Os nossos sinceros parabéns aos nossos colegas. Estamos muito satisfeitos que esses três pioneiros da pesquisa de ondas gravitacionais, que nunca perderam o controle de seu objetivo e gerações de jovens cientistas inspirados, são honrados com este prêmio” , diz Bruce Allen, Alessandra Buonanno e Karsten Danzmann, diretores da AEI e Bernard F . Schutz, AEI diretor fundação, que se aposentou em 2014. “Nós estamos orgulhosos de ser parte da colaboração internacional que descobriu a primeira passagem de ondas gravitacionais através da Terra há dois anos.
Sinal a partir do espaço: Dois buracos negros com 31 e 25 massas solares fundem-se, emitindo, assim, ondas gravitacionais. As cores caracterizar a força do campo. © simulação numérica-relativística simulação: S. Ossokine, A. Buonanno (Instituto Max-Planck de Física de gravidade), simulando eXtreme Projecto spacetimes; Visualização Científica: T. Dietrich (Instituto Max-Planck de Física de gravidade), R. Haas (NCSA)
A história por trás da detecação
Desde os anos 1960, a pesquisa de ondas gravitacionais foi conduzida por uma colaboração internacional de cientistas que trabalharam em conjunto, apesar dos desafios do frio escassez de guerra e de financiamento em muitos países. Cientistas do Max Planck estavam envolvidos desde o início e ter feito muitas contribuições importantes. Hoje, o campo tem crescido em uma rede global de mais de 1000 cientistas.
Pesquisadores do Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Albert Einstein Institute; AEI), em Hannover e Potsdam, na Alemanha, e do Instituto de Física Gravitacional na Leibniz Universität Hannover fizeram contribuições cruciais para as descobertas em várias áreas-chave:
- O desenvolvimento e funcionamento dos detectores altamente sensíveis empurrado para os limites da física;
- Métodos de análise de dados eficientes em execução em aglomerados de computadores poderosos;
- construção de modelos de formas de onda precisos para a detecção e interpretação de sinais.
No início da década de 1970, o grupo de Billing começou – naquela época como as únicas pessoas no mundo – a trabalhar com interferometria laser. O grupo construiu protótipos e empurrou o desenvolvimento de tecnologia à frente.
A Sociedade Max Planck consistentemente apoiou este grupo após Billing se aposentar, passando o bastão para Gerd Leuchs em 1986 e em 1989 para Karsten Danzmann. Com parceiros britânicos das Universidades de Glasgow e Cardiff, eles foram os primeiros a conceber e propor um detector de interferometria em grande escala com braços de 3 km de comprimento, mas o financiamento para tal instrumento não estava disponível na Alemanha.
Em 1995, a Sociedade Max Planck trouxe Bernard Schutz de Cardiff para a Alemanha para ajudar a fundar o AEI, pela primeira vez em Potsdam e em 2002, em Hannover, com a missão explícita de se tornar um centro mundial de pesquisa de ondas gravitacionais. O Leibniz Universität Hannover e o Volkswagenstiftung tinham sido inaugurados antes, e a cooperação com Glasgow e Cardiff foi intensificada. Em 1994, que foi o ponto de partida para GEO600, um baixo custo observatório de ondas gravitacionais germano-britânica, que – paralelamente à observação corre com os instrumentos do LIGO e Virgo – serviu como um think tank para o desenvolvimento detector desde então. A tecnologia criada por eles estão agora no centro de todos os grandes observatórios de ondas gravitacionais, incluindo Avançada LIGO.
Enquanto experimentalistas estavam construindo instrumentos cada vez mais sensíveis, os teóricos estavam desenvolvendo ideias precisas para entender o que eram os sinais de ondas gravitacionais e quais eram suas fontes. Logo ficou claro que os métodos de análise de dados complexos seriam necessários para detectar os sinais fracos. Bernard Schutz havia sido o pioneiro destes métodos com dados dos pequenos protótipos de detectores de Munique e Glasgow, e a AEI tornou-se um centro mundial para o desenvolvimento de métodos de análises sofisticadas, se tornando o maior do mundo em desenvolvimento de simulações de computador de fusões de buracos negros; tais simulações foram uma parte integrante da detecção e interpretação das observações do LIGO.
As ondas gravitacionais simuladas são importantes, mas não o suficiente. Algoritmos de análise de dados usam várias centenas de milhares de modelos e podem demorar semanas para produzir uma única simulação, é crucial desenvolver métodos aproximados, mas rápidos para resolver as equações de Einstein, de modo que as formas de onda possam ser geradas rapidamente.
No final de 1990 Alessandra Buonanno, diretora do Instituto Max Planck desde 2014, desenvolveu uma nova abordagem para o problema da órbita binária que combina vários métodos para a construção de formas de onda aproximadas da coalescência de buracos negros binários. Nos últimos 15 anos, este formalismo tem sido desenvolvido em um método altamente preciso que também inclui os resultados de simulações numéricas da relatividade, e se estende até as estrelas de nêutrons binárias. Cientistas da AEI em Potsdam, e anteriormente da Universidade de Maryland, construíram modelos de forma de onda exatos que combinam as melhores ferramentas para resolver as equações de Einstein e usá-las para detectar ondas gravitacionais na observação avançada do LIGO.
Pesquisadores do Instituto Max Planck de Física Gravitacional, em Hannover, liderados por Bruce Allen, usaram esses modelos para analisar os dados do detector em supercomputadores de alto desempenho. Uma vez que os sinais foram encontrados, os modelos são usados para inferir informações astrofísicas sobre a detecção: onde exatamente está a fonte? Qual é a sua natureza? São buracos negros e/ou estrelas de nêutrons? Quais são as suas massas e rotações?
Para as primeiras detecções de ondas gravitacionais, os pesquisadores da AEI realizaram a maior parte da análise de dados de produção. Além disso, cerca de metade dos recursos computacionais para as descobertas e análises dos dados avançados do LIGO foram fornecidos pelo Atlas, o aglomerado de computador mais poderoso do mundo projetado para análise de dados de ondas gravitacionais, operado pela AEI em Hannover. O Atlas forneceu cerca de 160 milhões de horas do núcleo da CPU para a análise de dados do LIGO.
Este estudos, tecnologia, simulações, cálculos analíticos e análises de dados, permitiram aos cientistas trazer luz ao lado escuro e invisível do Universo. O anúncio do Prêmio Nobel de hoje homenageia os fundadores deste campo cujo trabalho pioneiro provocou o alvorecer de uma nova era da astronomia.
Comunicado de imprensa: goo.gl/7auu
Informação Popular “que cósmica” (PDF): goo.gl/VaR6qp
Informação avançada do Comité Nobel da física (PDF): goo.gl/7avfu5
Com informações do Max Planck Institute e Nobel Prize