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O observatório LIGO detectou novamente um sinal de uma onda gravitacional oriunda de um par de buracos negros. O mesmo sinal foi visto no Instituto Albert Einstein, em Hannover.
A fonte da onda: a imagem vem de uma simulação numérica do evento de ondas gravitacionais GW170104, que foi gerada pela fusão de dois buracos negros. A força da onda gravitacional é indicada pela altura, assim como a cor; o azul denota campos fracos, o amarelo, campos forte. Os buracos negros foram aumentados por um fator de dois, a fim de melhorar a visibilidade. © Numerical-relativistic simulation: S. Ossokine, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes Project; Scientific Visualization: T. Dietrich (Max Planck Institute for Gravitational Physics), R. Haas (NCSA)

Pela terceira vez, pesquisadores detectaram ondas gravitacionais previstas por Albert Einstein há 100 anos. Os dois detectores do LIGO nos EUA ouviram o 'som' em 4 de Janeiro de 2017. A onda gravitacional chamada GW170104, chegou 3 milésimos de segundo antes no Hanford do que no instrumento Livingston, um efeito devido à posição da fonte no céu. O sinal veio de um par de buracos negros com 31 e 19 massas solares integrados em um único buraco negro com uma massa de cerca de 49 vezes a do nosso Sol e foi visto pela primeira vez no Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Albert Einstein Institute, AEI), em Hannover.

A última descoberta solidifica o caso de uma nova classe de pares de buracos negros ou buracos negros binários, com massas que são maiores do que as que tinham sido vistas antes pelo LIGO. O buraco negro recém-descoberto, formado pela fusão de pares, tem uma massa cerca de 49 vezes maior do que o nosso Sol, esta preenche uma lacuna entre as massas dos dois buracos negros incorporados anteriormente detectados pelo Ligo, que tinham massas de 62 sóis (da primeira detecção) e de 21 sóis (segunda detecção).

A Colaboração Científica LIGO (LSC) publicou os resultados na revista Physical Review Letters. Uma análise detalhada mostrou que o sinal de onda gravitacional foi emitido pela colisão de dois buracos negros de 31 e 19 massas solares, respectivamente. “Com outro evento deste tipo, estamos percebendo que buracos negros massivos binários são mais comuns do que tínhamos acreditado a um pouco mais de um ano atrás. Temos muito a aprender - este é um momento emocionante para a nova era da astrofísica/astronomia de ondas gravitacionais” disseram Bruce Allen e Alessandra Buonanno, diretores do Instituto Max Planck de Física Gravitacional, e Karsten Danzmann, diretor do Instituto Max Planck de Física Gravitacional e no Instituto de Física Gravitacional da Leibniz Universität Hannover.

O sinal de onda gravitacional de GW170104 foi detectado durante cerca de 920 ms na banda de observação do LIGO entre cerca de 20 Hertz e 265 Hertz em 29 ciclos de ondas gravitacionais. Os buracos negros fundiram a cerca de 172 Hz. O sinal foi mais fraco do que o primeiro detectado pelo LIGO em setembro 2015 porque as massas dos buracos negros eram menores e a fusão aconteceu a uma distância de cerca de três bilhões de anos-luz, duas vezes tão longe quanto o primeiro.

As curvas das ondas: o sinal do GW170104 nos dois instrumentos do LIGO. Os dados do detector Livingston foi deslocado para trás por três milissegundos para ajustar-se à posição do céu da fonte. Além disso, o sinal da amplitude foi revertido para compensar a orientação dos detectores. A forma de onda mais provável para a fusão de buracos negros, de acordo com o modelo desenvolvido no Instituto Max Planck de Física Gravitacional, em Potsdam, é a curva negra. A metade inferior da imagem mostra o ruído do detector restante depois da dedução do modelo. © LIGO / PRL

Métodos de análise de dados e poder de computação para encontrar GW170104

A detecção inicial do sinal GW170104 foi possível devido à análise cuidadosa por Alexander Nitz, um pesquisador de pós-doutorado na AEI Hannover. Enquanto o sistema de análise de dados do LIGO gera normalmente alertas de candidatos a sinais automáticos, isso não aconteceu em 4 de janeiro de 2017 devido a uma configuração incorreta no local de Hanford. Nitz inspecionou visualmente candidatos naquele dia gerados por uma análise de baixa latência que tinham desenvolvido na AEI.  Um exame adicional revelou um candidato correspondente dos dados de Hanford. “Estou orgulhoso de que a primeira detecção direta do novo sinal foi vista pela primeira vez no AEI em Hannover”, disse Bruce Allen, diretor da AEI e professor honorário na Leibniz Universität Hannover. “Como um alerta automático não foi gerado para GW170104, isso é ainda mais significativo para o novo evento do que foi em setembro de 2015.”


Membros da divisão observacional de Relatividade e Cosmologia na AEI Hannover desenvolveram e implementaram muitos dos algoritmos e softwares utilizados na análise dos dados do LIGO. Foram usadas análises, por exemplo, para determinar a significância estatística de GW170104 e para determinar os seus parâmetros. Além disso, cerca de 50% da análise dos dados foi realizada no computador Atlas operado pela divisão.

Mais do que Buracos Negros

“O LIGO vai estudar muito mais do que os buracos negros”, disse Jolien Creighton, um físico da Universidade de Wisconsin-Milwaukee (UWM) e um membro veterano da equipe de detecção.

O observatório foi forçado a abrir uma nova janela sobre o Universo, permitindo que os cientistas ouçam eventos cósmicos distantes - lugares onde os telescópios convencionais não conseguem chegar. O LIGO trará novos insights sobre tudo, desde os elementos mais pesados ​​na Terra à natureza da própria gravidade.

O próximo grande avanço do LIGO poderá vir da detecção de colisões de estrelas de nêutrons binárias - os cadáveres de estrelas mortas que é formada por uma esfera com a massa do Sol embrulhada no tamanho de uma cidade. Estas fusões acontecem em comprimentos de onda semelhantes às colisões de buracos negros já vistos pelo LIGO, e os cientistas esperavam ver as estrelas de nêutrons em primeiro lugar.

“Este trabalho relata apenas algumas semanas de dados, e pretendemos executar até agosto”, diz Chad Hanna, um cientista do LIGO da Pennsylvania State University. “Nós ainda podemos detectar mais eventos.”

Portanto, é possível que uma fusão de estrela de nêutrons binária ainda possa ser vista este ano, ou após a colaboração do LIGO atualizar seus instrumentos ao longo dos próximos anos. Uma atualização sobre o último verão não aumentou a sensibilidade do instrumento tanto quanto os cientistas esperavam.

“Muitos dos elementos que vemos na Terra não foram formados em estrelas que explodiram, mas formados na colisão de estrelas de nêutrons binárias”, diz Creighton. Os seres humanos são feitos principalmente de coisas feitas em estrelas típicas como carbono e hidrogênio, mas outros elementos terrenos com números atômicos altos, como o ouro, são suspeitos de terem vindo desses eventos mais exóticos.

“A maioria do ouro que vemos no sistema solar pode ter vindo de uma colisão de estrelas de nêutrons binária que produziu algo como uma massa de Júpiter em ouro e dispersou-o em todas as direções”, diz Creighton.

O LIGO irá detectar fusões estrela de nêutrons e enviar um alerta para a comunidade astronomia, dizendo aos pesquisadores apontam seus telescópios para aquela região do céu e captam o evento. As observações vão testar teorias científicas em condições que nunca poderiam ser recriadas em um laboratório.

Mais de um ano depois de detectar as primeiras ondas gravitacionais confirmadas, os pesquisadores estavam ocupados na Laser Interferometer Gravitational Observatory (LIGO) em Livingston, LA., melhorando os instrumentos.

Físicos também esperam que mais observações do Ligo revelem novas perspectivas sobre a própria gravidade, bem como a partícula que supostamente carrega a força da gravidade chamada gráviton. O gráviton está para a gravidade como o fóton está para o eletromagnetismo. Como o fóton, os cientistas suspeitam que ele também não tem massa. E esta terceira detecção de ondas gravitacionais LIGO ajudou a limitar quão grande o gráviton poderia ser. Mas novos testes estão no horizonte também.

“Eu estou realmente animado em testar a relatividade geral”, diz o físico Sarah Caudill, que trabalha com os aglomerados de computadores que fazem as detecções do LIGO serem possíveis. Ela suspeita que o LIGO poderia revelar que a teoria de Einstein precisa de algumas pequenas correções.

“Eu acho que a maioria das pessoas ficaria surpresa se a relatividade geral estivesse 100 por cento correta, mas não há nenhuma evidência de que isso seja verdade. Einstein criou esta teoria há 100 anos e sem capacidade de observar ondas gravitacionais, de modo que, mesmo se ela não for 100 por cento correta, é uma façanha.”

[Astronomy] [Max Planck Gesellschaft]
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Astrônomos descobriram um buraco negro supermassivo que tem sido impulsionado para fora do centro de uma galáxia distante com o que poderia ser o incrível poder de ondas gravitacionais.

Esta imagem, obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA, revela uma visão incomum: um quasar fugitivo fugindo do hub central da sua galáxia. Um quasar é o visível assinatura, energético de um buraco negro. Os buracos negros não podem ser observados diretamente, mas eles são a fonte de energia no centro dos quasares - intensas, gushers compactas de radiação que pode ofuscar uma galáxia inteira. Créditos: NASA, ESA, e M. Chiaberge (STScI e JHU)

Embora tenha havido vários outros buracos negros  suspeitos semelhantes que podem ter se formado em outros lugares, nenhum foi confirmado até agora. Os astrônomos acreditam que este objeto, detectado pelo telescópio espacial Hubble da NASA, é um caso muito forte. Pesando mais de 1 bilhão de sóis, o buraco negro ladino é o buraco negro mais maciço já detectado a ser expulso de sua casa central.

Pesquisadores estimam foi preciso a energia equivalente a 100 milhões de supernovas explodindo simultaneamente para expulsar o buraco negro. A explicação mais plausível para essa energia propulsora é que o objeto monstro foi chutado por ondas gravitacionais desencadeadas pela fusão de dois buracos negros pesados no centro da galáxia hospedeira.

Primeiramente previsto por Albert Einstein, as ondas gravitacionais são ondulações no espaço que são criadas quando dois objetos massivos colidem. As ondulações são semelhantes aos círculos concêntricos produzidos quando uma rocha é jogada em uma lagoa. No ano passado, o Gravitational-Wave Observatory Laser Interferometer (LIGO) ajudou os astrônomos provar que as ondas gravitacionais existem. Elas emanaram através da união de dois buracos negros de massa estelar, que são várias vezes mais massivos que o Sol.

Observações do buraco negro rebelde do Hubble surpreenderam a equipe de pesquisa. "Quando eu vi pela primeira vez, pensei que estávamos vendo algo muito peculiar", disse o líder de equipe, Marco Chiaberge, do Space Telescope Science Institute (STScI) e Johns Hopkins University, em Baltimore, Maryland. "Quando nós combinamos observações do Hubble, do Observatório de raios-X Chandra e do Sloan Digital Sky Survey, tudo apontava para o mesmo cenário. A quantidade de dados que coletamos, de raios-X para ultravioleta à luz infravermelha próxima, é definitivamente maior do que qualquer um dos outros candidatos a buracos negros solitários ".

Esta ilustração mostra como ondas gravitacionais podem impulsionar um buraco negro do centro de uma galáxia. O cenário começa no primeiro painel com a fusão de duas galáxias, cada uma com um buraco negro central. No segundo painel, os dois buracos negros na galáxia recém-fundida no centro começam a girar em torno de si. Esta ação enérgica produz ondas gravitacionais. À medida que os dois objetos pesados continuam a irradiar energia gravitacional à distância, eles se movem mais próximos uns dos outros ao longo do tempo, como  visto no terceiro painel. Se os buracos negros não têm a mesma massa e velocidade de rotação, eles emitem ondas gravitacionais mais fortemente em uma direção, como mostrado pela área brilhante no canto superior esquerdo. Os buracos negros finalmente fundem-se no quarto painel, formando um buraco negro gigante. A energia emitida pela fusão impulsiona o buraco negro do centro na direção oposta com as mais fortes ondas gravitacionais. Creditos: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
O artigo de Chiaberge aparece na edição de 30 de março de Astronomia e Astrofísica.


Imagens do Hubble tiradas em luz visível e infravermelho próximo, deram o primeiro indício de que a galáxia era incomum. As imagens revelaram um quasar brilhante, a assinatura energética de um buraco negro, residente longe do núcleo galáctico. Os buracos negros não podem ser observados diretamente, mas eles são a fonte de energia no centro dos quasares - intensas objetos compactos de radiação que podem ofuscar uma galáxia inteira. O quasar, chamado de 3C 186, e sua galáxia hospedeira, residem 8 bilhões de anos-luz de distância em um aglomerado de galáxias. A equipe descobriu características peculiares da galáxia durante a realização de uma pesquisa de Hubble das galáxias distantes desencadeando explosões poderosas de radiação no meio de fusões de galáxias.

"Eu estava observando fusões de galáxias e esperando para ver galáxias hospedeiras desarrumarem em torno dos quasares, mas eu realmente não estava esperando ver um quasar que foi claramente compensado a partir do núcleo de uma galáxia em forma regular", lembrou Chiaberge. "Os buracos negros residem no centro das galáxias, por isso é incomum ver um quasar que não esteja  no centro."

A equipe calculou a distância do buraco negro a partir do núcleo, comparando a distribuição da luz das estrelas na galáxia hospedeira com a de uma galáxia elíptica normal a partir de um modelo de computador. O buraco negro tinha viajado mais de 35.000 anos-luz do centro, que é mais do que a distância entre o Sol e o centro da Via Láctea.

Com base em observações espectroscópicas tomadas pelo Hubble e o Sloan, os pesquisadores estimaram a massa do buraco negro e mediram a velocidade do gás aprisionado próximo do objeto gigante. A espectroscopia divide a luz nas suas cores componentes, que podem ser utilizadas para medir velocidades no espaço. "Para nossa surpresa, descobrimos que o gás ao redor do buraco negro estava voando longe do centro da galáxia em 4.7 milhões de milhas por hora", disse o membro da equipe, Justin Ely, do STScI. Esta medição é também um medidor de velocidade do buraco negro, porque o gás é bloqueado gravitacionalmente ao objeto monstro.

Os astrônomos calcularam que o buraco negro está se movendo tão rápido que iria viajar da Terra à Lua em três minutos. Isso é rápido o suficiente para o buraco negro escapar da galáxia em 20 milhões de anos e vagar pelo universo para sempre.

A imagem do Hubble revelou uma pista interessante que ajudou a explicar localização desse buraco negro rebelde. A galáxia tem características em forma de arco fracos chamados caudas de maré, produzidos pela força gravitacional entre duas galáxias em colisão. Esta evidência sugere uma possível união entre o sistema 3C 186 e outra galáxia, cada uma com buracos negros maciços centrais que podem ter se fundido eventualmente.

Com base nesta evidência visível, juntamente com o trabalho teórico, os pesquisadores desenvolveram um cenário para descrever como o buraco negro gigante pode ser sido expulso da sua casa central. De acordo com sua teoria, duas galáxias se fundiram, e seus buracos negros acomodam-se no centro da galáxia elíptica recém-formada. Como os buracos negros giram em torno de si, as ondas gravitacionais são arremessadas ​​para fora como a água de um irrigador de grama. Os objetos pesados aproximam-se uns dos outros ao longo do tempo a medida que eles irradiam energia gravitacional à distância. Se os dois buracos negros não têm a mesma massa e velocidade de rotação, eles emitem ondas gravitacionais mais fortemente ao longo de uma direção. Quando os dois buracos negros colidem, eles param de produzir ondas gravitacionais. O buraco negro recém-fundido em seguida, recua na direção oposta das mais fortes ondas gravitacionais e dispara como um foguete.

Os investigadores têm a sorte de ter captado este evento único porque nem todos os buraco negro binários produzem ondas gravitacionais desequilibradas que impulsionam outro buraco negro na direção oposta. "Esta assimetria depende de propriedades como a massa e a orientação relativa dos eixos de rotação dos buracos negros 'antes da fusão'", disse o membro da equipe, Colin Norman, do STScI e da Johns Hopkins University. "É por isso que esses objetos são tão raros."

Uma explicação alternativa para o quasar, embora improvável, propõe que o objeto brilhante não reside dentro da galáxia. Em vez disso, o quasar está localizado atrás da galáxia, mas a imagem do Hubble dá a ilusão de que ele está à mesma distância da galáxia. Se este fosse o caso, os pesquisadores deveriam ter detectado uma galáxia no fundo hospedando o quasar.

Se a interpretação dos pesquisadores estiver correta, as observações podem fornecem fortes evidências de que os buracos negros supermassivos podem realmente se fundir. Os astrónomos têm evidências de colisões de buracos negros de massa estelar, mas o processo de regulação de buracos negros supermassivos é mais complexo e não totalmente esclarecido.

A equipe espera usar o Hubble novamente, em combinação com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array  (ALMA) e outros telescópios, para medir com mais precisão a velocidade do buraco negro e seu disco de gás, o que pode render mais insights sobre a natureza deste objeto bizarro.

 NASA
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Tanto no evento de ondas gravitacionais quanto na explosão de raios gama, os buracos negros individuais devem ter nascido juntos, com uma separação inicial da ordem do tamanho da Terra, e fundiram-se em poucos minutos.

Em 14 de setembro, 2015, o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO) detectou ondas gravitacionais a partir da fusão de dois buracos negros com 29 e 36 vezes a massa do Sol. Tal evento é esperado para ser invisível, mas o Telescópio Espacial Fermi detectou uma explosão de raios gama apenas uma fração de segundo após o sinal do LIGO. Uma nova pesquisa sugere que os dois buracos negros podem ter residido dentro de uma única estrela maciça cuja morte gerou a explosão de raios gama.

"É o equivalente cósmico de uma mulher grávida carregando gêmeos  dentro de sua barriga", disse o astrofísico de Harvard Avi Loeb, do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA).

Normalmente, quando uma estrela maciça chega ao fim da sua vida, o seu núcleo entra em colapso em um único buraco negro. Mas se a estrela estava girando muito rapidamente, o seu núcleo pode esticar em forma de haltere e fragmentar-se em dois aglomerados, cada uma formando seu próprio buraco negro.

Uma estrela muito massiva, muitas vezes se forma a partir da fusão de duas estrelas menores, conforme necessário. E uma vez que as estrelas giram uma em torno da outra cada vez mais rápido, à medida que se unem em uma espiral, seria de esperar que a estrela mesclada resultante gire muito rapidamente.

Após o par buraco negro se formar, o envelope exterior da estrela corre para dentro em direção a elas. Tanto no evento de ondas gravitacionais quanto na explosão de raios gama, os buracos negros individuais devem ter nascido juntos, com uma separação inicial da ordem do tamanho da Terra, e fundiram-se em poucos minutos. O buraco negro único recém-formado se alimenta da matéria em queda, consumindo o material a cada segundo e se alimentando dos jatos de matéria que explodiram para fora, para criar a explosão.

Fermi detectou a explosão apenas 0,4 segundos após LIGO detectado ondas gravitacionais, e da mesma área geral do céu. No entanto, o satélite de raios gama INTEGRAL Europeia não confirmou o sinal.

"Mesmo se a detecção Fermi for um falso alarme, eventos futuros da LIGO devem ser monitorados para acompanhar a luz independentemente se ele se originaram a partir de fusões de buracos negros ou não. A natureza sempre nos surpreende", diz Loeb.

Se mais explosões de raios gama forem detectadas a partir de eventos de ondas gravitacionais, isso irá oferecer um novo método promissor de medição de distâncias cósmicas e a expansão do universo. Ao avistar o brilho de uma explosão de raios gama e medir o seu desvio para o vermelho, em seguida, comparando-a com a medição da distância independente do LIGO, os astrônomos podem precisamente restringir os parâmetros cosmológicos. "Buracos negros astrofísicos são muito mais simples do que outros indicadores de distância, tais como supernovas, uma vez que estão totalmente definidos apenas pela sua massa e seu spin", diz Loeb.

"Isto é algo que provavelmente irá estimular o trabalho de acompanhamento vigorosa, no período crucial após a descoberta inicial LIGO, onde o desafio é compreender todas as suas implicações. Se a história serve de guia, a abordagem 'multi-mensageira' defendida por Loeb, usando ambas as ondas gravitacionais e radiação eletromagnética, mais uma vez promete uma visão mais profunda sobre a natureza física da fonte do LIGO", disse Volker Bromm, da Universidade do Texas em Austin, comentando de forma independente.
Esta pesquisa foi aceito para publicação no Astrophysical Journal Letters e está disponível online.

Traduzido e adaptado de Astronomy

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Apenas alguns meses após a sua descoberta, as ondas gravitacionais provenientes das fusões de buracos negros estão sacudindo a astrofísica.


Em um discurso no mês passado em Santa Barbara, Califórnia, abordando alguns dos astrofísicos mais importantes do mundo, Selma de Mink foi direto ao assunto. "Como é que eles se formam?", começou ela.

"Eles", como todos sabiam, foram dois buracos negros maciços que, a mais de 1 bilhão de anos atrás, em um canto remoto do cosmos, mesclando-se juntos em uma espiral, criaram ondas no tecido do espaço e do tempo. Foram estas  "ondas gravitacionais" que, em 14 de setembro de 2015, passaram pela Terra, dedilhando os detectores ultra-sensíveis da Gravitational-Wave Observatory Laser Interferometer (LIGO). A descoberta de LIGO, anunciada em fevereiro, triunfalmente confirmando a previsão de Albert Einstein sobre a existência das ondas gravitacionais em de 1916. Ao ajustar-se para esses pequenos tremores no espaço-tempo e revelando pela primeira vez a atividade invisível de buracos negros - objetos tão denso que nem mesmo a luz pode escapar de sua atração gravitacional - a LIGO prometeu abrir uma nova janela sobre o universo, algo semelhante, alguns disseram, quando Galileo apontou pela primeira vez um telescópio para o céu.

Agora, os novos dados de ondas gravitacionais abalaram o campo da astrofísica. Em resposta, três dezenas de especialistas passaram duas semanas em agosto na triagem dos dados no Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) em Santa Barbara.

Pulando para as discussões, de Mink, uma professora assistente de astrofísica da Universidade de Amesterdão, explicou que das duas - e possivelmente mais - fusões de buracos negros que LIGO detectou até agora, o primeiro e mais poderoso evento, chamado de GW150914, apresentou o maior quebra-cabeça. Era esperado que a LIGO identificasse pares de buracos negros pesando na faixa de 10 vezes a massa do Sol, mas eles tinham cerca de 30 massas solares cada. "Lá estão eles - buracos negros maciços, muito mais maciços do que nós pensamos que eles eram", disse de Mink. "Então, como é que eles se formam?"

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Selma de Mink, da Universidade de Amsterdã criou uma nova hipótese afirmando que pares de buracos negros próximos o suficiente para fundir vêm de estrelas massivas cujos conteúdos foram misturados até que se tornem homogêneos.


O mistério, ela explicou, é duplo: Como é que os buracos negros ficam tão enormes, considerando que as estrelas, algumas das quais colapsam para formar buracos negros, geralmente expulsam a maior parte de sua massa antes de morrer, e como eles chegaram tão perto um do outro - próximo o suficiente para fundir dentro do tempo de vida do universo? "Estas são duas coisas que são meio que mutuamente exclusivas", disse de Mink. Um par de estrelas gigantes que nascem juntas normalmente se misturam e se fundem antes mesmo de colapso em buracos negros, não conseguindo chutar ondas gravitacionais detectáveis.


A resposta da história por trás de GW150914 "está desafiando toda a nossa compreensão", disse Matteo Cantiello, astrofísico do KITP. Os peritos devem refazer os passos incertos, desde o momento da fusão e retrocedendo até no nascimento, vida e morte de um par de estrelas - uma sequência que envolve muita astrofísica para entender. "Isto realmente vai revitalizar certas questões antigas em nossa compreensão das estrelas", disse Eliot Quataert , professor de astronomia da Universidade da Califórnia, Berkeley, e um dos organizadores do programa KITP. Compreender os dados da LIGO vai exigir um ajuste de contas para entender quando e por que estrelas se tornam supernovas; quais se transformam nesse tipos de restos estelares; como a composição, massa e rotação das estrelas afetam a sua evolução; como seus campos magnéticos operam; e muito mais.

O trabalho está apenas começando, mas as primeiras detecções da LIGO tem empurrado duas teorias de formação do buraco negro binário para a frente. Ao longo das duas semanas em Santa Barbara, uma rivalidade aquecida entre o novo modelo "quimicamente homogêneo" para a formação de binários de buracos negros, propostos por de Mink e colegas no início deste ano, e o modelo clássico do "envelope comum" defendido por muitos outros especialistas. Ambas as hipótese (e um conjunto de concorrentes) podem ser verdade em algum lugar no cosmos, mas provavelmente apenas uma deles representa a grande maioria das fusões de buracos negros. "Na ciência, disse Daniel Holz , da Universidade de Chicago, um defensor da hipótese do "envelope", geralmente há apenas um processo dominante -. Para qualquer coisa"

O conjunto des estrela R136 no centro da Nebulosa da Tarântula dá origem a muitas estrelas de grande massa, que poderão  ser as progenitoras de binários de buracos negros. NASA, ESA, F. Paresce, R. O’Connell and the Wide Field Camera 3 Science Oversight Committee


Histórias das Estrelas

A história de GW150914 quase certamente começa com estrelas massivas - aquelas que são pelo menos oito vezes tão pesadas quanto o sol e que, apesar de raras, desempenham um papel de protagonistas em galáxias. Estrelas massivas são aquelas que explodem como supernovas, expelindo matéria para o espaço a reciclando-se como novas estrelas; apenas os seus núcleos, em seguida, entram em colapso em buracos negros e estrelas de nêutrons, que criam fenômenos exóticos e influentes, tais como explosões de raios gama, pulsares e binários de raios-X. De Mink e colaboradores mostraram em 2012 que estrelas massivas mais conhecidas vivem em sistemas binários. Estrelas massivas binárias, "dançam" e " se beijam" sugando combustível de hidrogênio uma da outra "como vampiras", dependendo das circunstâncias. Mas quais as circunstâncias que levam-las a encolher por trás dos véus de escuridão, e depois colidirem?

A história convencional do envelope-comum, desenvolvida ao longo de décadas começando na década de 1970 com o trabalho dos cientistas soviéticos Aleksandr Tutukov e Lev Yungelson, fala de um par de estrelas de grande massa que são nascidas em uma ampla órbita. Como a primeira estrela fica sem combustível em seu núcleo, suas camadas exteriores sopram seu hidrogênio, formando uma "supergigante vermelha." Grande parte deste gás hidrogênio é sugado para fora pela segunda estrela, no estilo vampiro, e o núcleo da primeira estrela, eventualmente cai em um buraco negro. A interação chama o par mais próximo, de modo que quando a segunda estrela incha em uma supergigante, ela engole os dois em um envelope-comum. Os companheiros afundam cada vez mais à medida que percorrem o gás hidrogênio. Eventualmente, o envelope é perdido para o espaço, e o núcleo da segunda estrela, como a primeira, colapsa para um buraco negro. Os dois buracos negros, dessa forma, estão perto o suficiente para fundir-se algum dia.

Como as estrelas perderam muita massa, está previsto para este modelo produzir pares de buracos negros mais leves, pesando na faixa de 10 massas solares. O segundo sinal de LIGO, a partir da fusão de buracos negros de oito e 14 massas solares, é um home run para o modelo. Mas alguns especialistas dizem que o primeiro evento, o GW150914, é um exagero.

Em um artigo de junho na Nature, Holz e os colaboradores Krzysztof Belczynski, Tomasz Bulik e Richard O'Shaughnessy argumentaram que envelopes comuns podem, teoricamente, produzirem fusões de buracos negros de 30 massas solares se as estrelas progenitoras pesarem algo como 90 massas solares e quase não contêm metais (que aceleria a perda de massa). Tais sistemas binários pesados ​​tendem a ser relativamente raros no universo, levantando dúvidas sobre se LIGO teria observado tal fusão tão cedo. Em Santa Barbara, os cientistas concordaram que se LIGO detecta muitas fusões muito pesadas em relação as mais leves, isso vai enfraquecer a hipótese do envelope-comum.

O modelo quimicamente homogêneo começa com um par de estrelas massivas que estão girando em torno de si de forma extremamente rápida e tão juntas que elas se bloqueiam com suas forças de marés, como dançarinos de tango. No tango, "você deve estar muito próximo, para que que seus corpos se enfrentem o tempo todo", disse de Mink, uma dançarina nata. "E isso significa que você está girando em torno de si, mas também o obriga a girar em torno de seu próprio eixo". Este giro agita as estrelas, tornando-as quentes e homogênea. E esse processo pode permitir que as estrelas se submetam a fusão ao longo de todo o seu interior, em vez de apenas seus núcleos, até que ambas as estrelas usem todo o seu combustível. Como as estrelas não se expandem, eles não se misturam ou agregam-se em massa. Em vez disso, cada uma desmorona em seu próprio peso em um buraco negro maciço. Os buracos negros dançam por alguns bilhões de anos, gradualmente em espiral cada vez mais próximos, até que, em uma fração de segundo no espaço-tempo-flambado, eles se fundem.

De Mink e Mandel apresentaram seu modelo quimicamente homogêneo em um artigo publicado on-line em janeiro. Outro trabalho propondo a mesma ideia, por pesquisadores da Universidade de Bonn, liderados pelo estudante Pablo Marchant, apareceu dias depois. Quando a LIGO anunciou a detecção de GW150914 no mês seguinte, a teoria quimicamente homogênea ganhou proeminência.

No entanto, além de algumas evidências provisórias, a existência de estrelas agitadas é especulativa. E alguns especialistas questionam a eficácia do modelo. As simulações sugerem que o modelo quimicamente homogêneo se esforça para explicar menores binários de buracos negros como os do segundo sinal da LIGO. Pior, a dúvida surgiu como a quão supostamente a hipótese responsável por GW150914, será a princioal história de sucesso. "É um modelo muito elegante", disse Holz. "É muito convincente. O problema é que ela não parece funcionar plenamente ".

Tudo girando

Junto com as massas dos buracos negros em colisão, os sinais de ondas gravitacionais do LIGO também revelam se os buracos negros estavam girando. Na primeira, os pesquisadores recebem menos atenção para a medição de rotação, em parte porque as ondas gravitacionais registraram somente a centrifugação,o modo com que os buracos negros estão girando em torno do mesmo eixo que orbitam um ao outro ao redor, não dizendo nada sobre rotação em outras direções. No entanto, em um documento de Maio, os pesquisadores do Instituto de Estudos Avançados de Princeton, NJ, e da Universidade Hebraica de Jerusalém argumentaram que o tipo de rotação medida pela LIGO é exatamente a prevista para buracos se formarem através do qual a hipótese quimicamente homogênea prediz. (Dançarinos de tango giram e orbitam-se na mesma direção). E, no entanto, os buracos negros de 30 massas solares em GW150914, caso existam, foram medidos tendo uma rotação muito baixa e aparentemente é um golpe contra o cenário do tango.

"Girar é um problema para a hipótese quimicamente homogênea?" perguntou Sterl Phinney, professor de astrofísica do Instituto de Tecnologia da Califórnia, em Santa Barbara. Depois de algum debate, os cientistas concordaram que a resposta foi sim.

No entanto, poucos dias depois, de Mink, Marchant e Cantiello encontraram uma saída possível para a hipótese. Cantiello, que recentemente fez avanços no estudo de campos magnéticos estelares, percebeu que as estrelas Dançarinas de Tango da hipótese quimicamente homogênea estão, essencialmente, esferas girando com poderosos campos magnéticos, e esses campos magnéticos são susceptíveis de causar uma transmissão das camadas exteriores da estrela para os polos fortes. Da mesma forma que uma patinadora girando desacelera quando ela estende os braços, estes pólos agiriam como freios, reduzindo gradualmente a rotação das estrelas. O trio já trabalhou para ver se suas simulações confirmam esta imagem. Quataert chamou a ideia de "plausível, mas talvez um pouco desonesta."

No último dia do programa, preparando o palco para um Outono repleto de eventos quando a LIGO voltar a ficar online com maior sensibilidade e mais sinais de ondas gravitacionais rolarem, os cientistas assinaram a "Declaração de Phinney," uma lista de instruções concretas sobre o que suas várias teorias irão prever. "Apesar de todos os modelos para binários de buracos negros possam ser criados (exceto aqueles inferiores propostos por nossos concorrentes)," o início da declaração, redigida por Phinney, diz: "esperamos que os dados observacionais em breve se tornem decididamente desiguais."

A medida que os dados se acumulam, uma hipótese oprimida de formação de buracos negros binários ganha força - por exemplo, a noção de que os binários formar através de interações dinâmicas dentro de regiões densas de formação estelar chamadas "aglomerados globulares". A primeira execução da LIGO sugeriu que fusões de buraco negro são mais comuns do que prevê o modelo de aglomerado globular. Mas talvez o experimento teve sorte da última vez e a taxa de fusão estimada irá cair.

Somando-se a essa mistura, um grupo de cosmólogos recentemente teorizou que GW150914 pode ter chegado a partir da fusão de buracos negros primordiais, que nunca foram estrelas, para começar, mas sim formaram-se logo após o Big Bang a partir do colapso de remendos energéticos de espaço-tempo. Curiosamente, os pesquisadores argumentaram em um artigo recente na revista Physical Review Letters que tais buracos negros primordiais de 30 massas solares poderiam incluir toda a "matéria escura" que permeia o cosmos. Há uma maneira de testar a ideia através dos sinais astrofísicos chamados rajadas de rádio rápidas.

É talvez demasiado cedo para se debruçar sobre uma possibilidade tão atraente; astrofísicos apontam que isso exigiria suspeitosamente uma ótima sorte para os buracos negros do Big Bang se mesclarem para nós os detectarmos, 13,8 bilhões de anos mais tarde. Este é outro exemplo da nova lógica que os investigadores têm de enfrentar no início da astronomia de ondas gravitacionais. "Estamos numa fase muito divertida", disse de Mink. "Esta é a primeira vez que estamos pensando nesses cenários".

Traduzido e adaptado de Quanta Magazine
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Obrigado, ondas gravitacionais! 


A primeira evidência real para a existência de ondas gravitacionais tem feito os cientistas reavaliarem a respeito do que o nosso Universo pode ser feito, e uma equipe internacional de pesquisadores acredita que o espaço pode ser tão cheio de buracos negros do que se pensava anteriormente.


A previsão é baseada em um modelo matemático complexo do cosmos, e se ele for exato, é provável que venha da detecção de muitas ondas gravitacionais, que virão em direção à Terra no futuro.

Os pesquisadores dizem que poderemos chegar a um número de até 1.000 fusões de buracos negros por ano com a próxima geração de scanners de ondas gravitacionais que estarão funcionando e serão capazes de controlar ondas com maior sensibilidade do que a máquina atual da LIGO. E isto é enorme - até agora, só conseguimos detectar ondas gravitacionais somente duas vezes.



"O Universo não é o mesmo em todos os lugares," diz o co-autor do estudo, Richard O'Shaughnessy do Rochester Institute of Technology, em Nova York. "Alguns lugares produzem muitos mais buracos negros binários do que outros. Nosso estudo leva em conta cuidadosamente estas diferenças."

O novo modelo inclui alguns dos cálculos mais detalhados da sua espécie que já realizou, diz a equipe.

Não temos certeza ainda se o modelo irá provar ser preciso, mas ele previu a primeira detecção de ondas gravitacionais em fevereiro, então tem um bom histórico. Além disso, cientistas no LIGO dizem que suas conclusões iniciais sugerem que há muito mais colisões de binárias de buracos negros lá fora esperando para serem descobertas.

Os tipos de buracos negros binários que podem produzir ondas como aqueles encontrados pelo LIGO não são como a maioria dos buracos negros: eles são maiores que o normal, formados a partir de antigas estrela 40 a 100 vezes mais massivas que nosso Sol e queimam uma forma mais pura de hidrogênio.

De acordo com os novos cálculos, esses buracos negros supermassivos têm uma taxa de rotação constante, e suas órbitas permanecem em um único plano. Enquanto os efeitos de uma colisão e colapso não parecem afetar seu posicionamento, ele pode ter uma influência sobre as órbitas dos pequenos buracos negros em torno deles.

"LIGO não vai ver 1.000 buracos negros como estes todos os anos, mas muitos deles serão ainda melhores e mais emocionantes porque teremos um instrumento melhor – teremos melhor óculos e melhores técnicas para ver através deles", disse O'Shaughnessy.

Em outras palavras, isto pode ser só o começo.

O modelo agora está sendo compartilhado com outros astrônomos de ondas gravitacionais para seus próprios estudos e foi publicado na natureza.

Traduzido e adaptado de Science Alert
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LIGO conseguiu novamente.

O segundo evento do LIGO veio da fusão de buracos negros que têm 8 e 14 vezes a massa do Sol, localizados a 1,4 bilhão de anos-luz de distância.

O LIGO acaba de confirmar uma segunda explosão de ondas gravitacionais através fusão de um par de buracos negros, sugerindo que essas detecções em breve se tornarão rotina na nova astronomia de ondas gravitacionais. A detecção também reforça a busca de mais fusões de buracos negros e ondulações no espaço-tempo.

No natal do ano passado, o Gravitational-Wave Observatory Laser Interferometer (LIGO) detectou ondas gravitacionais, pela segunda vez. A LIGO e a Virgo - colaborações científicas internacionais - relatam que, como o primeiro evento anunciado em fevereiro, as ondas vieram da fusão de dois buracos negros. Desta vez, contudo, os buracos negros foram menores, o que permitiu que o processo de fusão a ser visto por cerca de um segundo, fosse cinco vezes maior do que o primeiro evento. Os pesquisadores dizem que, após o primeiro evento que provou que o LIGO funciona, esta segunda detecção significa o início da era da astronomia de ondas gravitacionais, quando detecções vão se tornar rotina e fornecer novas informações sobre o cosmos.

Levou mais de uma década para que o LIGO atingisse a sensibilidade necessária para fazer a primeira detecção das ondas gravitacionais, ondulações no espaço-tempo previstas pela teoria centenária da Relatividade Geral de Einstein. O primeiro evento foi visto em 14 de setembro por ambos os detectores do LIGO, localizados em Hanford, Washington, e Livingston, Louisiana, e foi interpretado como a fusão de dois buracos negros de 1,3 bilhões de anos luz de distância.

Agora as equipes LIGO e Virgo têm descrito um segundo sinal observado em 26 de dezembro em ambos os detectores. Os pesquisadores preveem que um sinal de coincidência falsa como o observado resultaria de um ruído aleatório menos de uma vez a cada milhão de anos.


Instalações do observatório da LIGO em Washington DC.

A equipe calcula que as ondas vieram da fusão de buracos negros (GW151226) com massas de cerca de 8 e 14 vezes a do Sol, a 1,4 bilhão de anos-luz de distância. Estas massas estão próximos dos valores típicos inferidos a partir de observações convencionais de buracos negros que orbitam estrelas comuns, enquanto os responsáveis ​​para o primeiro evento do LIGO eram muito maiores, com 29 e 36 massas solares.

Na época do segunda detecção, os cientistas que trabalham no LIGO já estavam confiantes de que tiveram o primeiro sinal histórico. Mas esse conhecimento permaneceu um segredo bem guardado, assim como rumores destilados aos meios de comunicação de todo o mundo.

"A primeira detecção foi tão emocionante porque mostrou que esta experiência extraordinariamente difícil realmente pode ser realizada com sucesso", diz Julian Krolik, um astrofísico da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore. "Detecções adicionais [como esta] virarão os holofotes a partir da própria experiência para nos ensinar sobre o conteúdo do universo ".

Talvez o aspecto mais importante dos novos resultados, diz Shapiro, é que a onda gravitacional medida é completamente consistente com as previsões da relatividade geral para fortes campos gravitacionais. Previsões na teoria de campos não tinham sido diretamente testadas antes de dos dois eventos do LIGO.

Krolik espera que à medida que acumulam-se mais dados, os pesquisadores vão aprender mais sobre os tipos de sistemas gravitacionais emissores de ondas que são possíveis. "É uma previsão bastante segura de que haverá uma onda de novas ideias no futuro próximo", diz ele.

Um outro candidato a buraco negro binário com menos de 100 massas solares foi encontrado durante o primeiro período de observação avançada da LIGO que terminou em 19 de janeiro de diz Caudill, mas ainda está sendo analisado. No entanto, a equipe está continuando a peneirar os dados para binários maiores e por outras fontes de ondas gravitacionais, como estrelas de nêutrons.

Krolik tem grandes esperanças que a Virgo detecte um evento de ondas gravitacionais em breve. Os dados de um terceiro observatório permitiria que o local de origem seja identificado com mais precisão no céu, diz ele. Com apenas dois detectores, o novo evento LIGO foi atribuído a uma grande área do céu medindo 850 graus quadrados.

Com a descoberta, o LIGO já soma três pares de buracos negros: o primeiro, detectado em 14 de setembro (GW150914), o segundo, detectado em dezembro (GW151226) e um terceiro (ainda a ser confirmado).

Esta pesquisa foi publicada na revista Physical Review Letters .

Com informações da APS Physics e Astronomy Magazine

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Hora de retocar a teoria das cordas.


Em fevereiro deste ano, os físicos nos deram uma das mais excitantes descobertas científicas do século - a primeira evidência direta de ondas gravitacionais. Estas ondas são como ondas que se expandem após um evento importante no espaço, quando dois buracos negros se fundem ou quando ocorrer uma explosão de uma estrela massiva.

A descoberta deu-nos uma nova maneira de olhar para o universo, e isso é algo que dois físicos na Espanha estão aproveitando, testando outra hipótese científica: a teoria das cordas. E se suas idéias estiverem corretas, isso poderia mudar fundamentalmente nosso pensamento sobre a natureza do Universo.

 Em primeiro lugar, é importante entender como as ondas gravitacionais trabalham. No Universo primordial, tudo era muito mais denso do que é agora, o que resultou em uma grande quantidade de espalhamento de luz . Esses sinais de fótons podem ser um grande problema quando se trata de perscrutar profundamente no universo olhando para trás no tempo, porque há muito ruído de fundo.

 O que faz as  ondas gravitacionais serem  especiais é que seus movimentos não parecem ser afetados pela interferência de elétrons e prótons.  Na verdade, as ondas gravitacionais podem permitir-nos observar objetos e eventos que não emitem qualquer luz, incluindo as "cordas cósmicas", que  estão na base da famosa hipótese a teoria das cordas.

 A teoria das cordas tem como objetivo fornecer uma abordagem unificada para explicar a estrutura fundamental do Universo. Ele sugere que as cordas cósmicas - estruturas incrivelmente longas e finas deleitas na curvatura do espaço e do tempo - foram formadas logo após o Big Bang. Infelizmente, estas cordas cósmicas podem ter  se obliterado muitas eras atrás e, para encontrar um grande número delas, nós teríamos que voltar para os primeiros momentos do Universo.

 E isso nos traz de volta às ondas gravitacionais. Os físicos Isabel Fernandez-Nunez e Oleg Bulashenko da Universidade de Barcelona  pensam que as ondas gravitacionais poderiam nos ajudar a encontrar cordas cósmicas.

 Fernandez-Nunez e Bulashenko começaram retratando uma corda como um vinco acentuado no espaço-tempo, e então calcularam como uma onda gravitacional passaria por essa vinco. Se pudermos encontrar ondulações que correspondem esses cálculos, então nós podemos ter evidência de uma corda cósmica, eles sugerem.
Há obstáculos a superar antes de podermos testar sua hipótese, porque agora, não temos o tipo de tecnologia para medir ondas gravitacionais na maneira que a hipótese da dupla requer. Além disso, nós também teríamos que ter muita sorte para encontrar um padrão da intensidade correta de nossa posição na Terra.
Mas ainda estamos nos primeiros dias na era da astronomia de ondas gravitacionais, por isso os cientistas ainda estão compartilhando ideias sobre como nós podemos ser capazes de tirar o máximo proveito desta descoberta.

 O paper dos pesquisadores está disponível no site de pré-impressão, arXiv.org, mas ainda tem que passar pela revisão por pares de outros astrofísicos, por isso vamos ter que esperar e ver o que a comunidade diz sobre essa nova hipótese antes de nós podermos ficar muito animados.  Dito isto, esta não é a primeira vez que os cientistas têm especulado que as ondas gravitacionais poderiam nos levar a cordas cósmicas.  

 BS Sathyaprakash da Universidade de Cardiff, no Reino Unido, que trabalha no observatório onde as ondas gravitacionais foram medidas, é bem otimista:  "Estou bastante confiante de que nos próximos três ou quatro anos vamos estar fazendo detecções uma atrás da outra e descobrirmos mais coisas novas", disse Tim Radford ao The Guardian .

 Mal podemos esperar para ver o que eles acharão.

 Traduzido e adaptado de Sciente Alert
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Perplexos com a gravidade? Não deixe que isso te derrube.

Gravidade: nós quase nunca pensamos sobre ela, pelo menos até que escorreguemos no gelo ou tropeçamos na escada. Para muitos pensadores antigos, a gravidade não era ainda uma força de que era apenas a tendência natural dos objetos afundarem em direção ao centro da Terra, enquanto os planetas estavam sujeitos a outros, independente de leis.

Claro, sabemos agora que a gravidade faz muito mais do que fazer as coisas caírem. Ele governa o movimento dos planetas em torno do Sol, detém galáxias juntas e determina a estrutura do próprio universo. Também reconhecemos que a gravidade é uma das quatro forças fundamentais da natureza, juntamente com o eletromagnetismo, a força fraca e a força forte. 

A teoria moderna da relatividade - A Teoria geral da gravidade de Einstein - é uma das teorias mais bem sucedidas que temos. Ao mesmo tempo, nós ainda não sabemos tudo sobre a gravidade, incluindo a forma exata ele se encaixa com as outras forças fundamentais. Mas aqui estão seis fatos de peso que nós sabemos sobre a gravidade.



Ilustração pelo Sandbox Studio, com Ana Kova

1. A gravidade é de longe a força mais fraca que conhecemos.

Gravidade só atrai - não há nenhuma versão negativa da força para empurrar as coisas separadas. E enquanto a gravidade é poderosa o suficiente para manter as galáxias juntas, é tão fraca que você supera-a todos os dias. Ao pegar um livro, por exemplo, você está contrariando a força da gravidade de toda a Terra.

Para efeito de comparação, a força elétrica entre um elétron e um próton dentro de um átomo é aproximadamente um quintilhões (que é um seguido de 30 zeros) vezes mais forte que a atração gravitacional entre eles. Na verdade, a gravidade é tão fraca, que não sabemos exatamente o quão fraco ela é.

 Ilustração pelo Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova

2. Gravidade e peso não são a mesma coisa.

Astronautas na estação espacial flutuam, e às vezes nós, preguiçosamente, dizemos que eles estão em gravidade zero. Mas isso não é verdade. A força da gravidade sobre um astronauta é de cerca de 90 por cento da força que eles iriam experimentar na Terra. No entanto, os astronautas têm peso, já que o peso é a força que o chão (ou uma cadeira ou uma cama ou qualquer outro) exerce em volta deles na Terra.

Leve uma balança de banheiro em um elevador em um grande hotel de luxo e fique em cima dela enquanto o elevador vai para cima e para baixo. Você vai perceber que seu peso oscila e você sente o elevador acelerando e desacelerando, mesmo assim, a força gravitacional é a mesma. Em órbita, por outro lado, os astronautas movem junto com a estação espacial. Não há nada para empurrá-los contra o lado da nave espacial para fazer peso. Einstein transformou esta ideia, juntamente com sua teoria da relatividade especial, dentro da relatividade geral.


Ilustração pelo Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova

3. A gravidade faz com que as ondas que se movem à velocidade da luz.

A relatividade geral prevê ondas gravitacionais. Se você tiver duas estrelas anãs brancas ou buracos negros presos em órbita mútua, eles lentamente se aproximam e criam ondas gravitacionais que carregam energia de distância. Na verdade, a Terra também emite ondas gravitacionais, uma vez que orbita o Sol, mas a perda de energia é muito pequena para  se notar.

Nós tivemos evidências indiretas de ondas gravitacionais por 40 anos, mas o Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser  (LIGO), apenas confirmou o fenômeno neste ano. Os detectores captaram uma explosão de ondas gravitacionais produzidas pela colisão de dois buracos negros a mais de um bilhão de anos-luz de distância.

Uma consequência da relatividade é que nada pode viajar mais rápido que a velocidade da luz no vácuo. Isso vale para a gravidade, também: Se algo drástico acontecer com o sol, o efeito gravitacional chegaria a nós, ao mesmo tempo que a luz do evento.


 Ilustração pelo Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova

4. Explicar o comportamento microscópico da gravidade tem jogado pesquisadores em um loop.

As outras três forças fundamentais da natureza são descritas por teorias quânticas na menor das escalas - espeficimente o Modelo Padrão. No entanto, nós ainda não temos uma teoria quântica da gravidade totalmente funcional, embora os pesquisadores estejam tentando.

Uma linha de pesquisa é chamada de Gravitação Quântica em Loop, que utiliza técnicas da física quântica para descrever a estrutura do espaço-tempo. Ele propõe que o espaço-tempo é uma partícula semelhante nas escalas mais ínfimas, da mesma forma que a matéria é feita de partículas. A matéria seria restringida a saltar de um ponto ao outro sobre uma estrutura flexível, do tipo de rede. Isso permite que a gravidade quântica em loop descreva o efeito da gravidade em uma escala muito menor do que o núcleo de um átomo.

Uma abordagem mais famosa é a Teoria das Cordas, onde as partículas - incluindo gravitons - são consideradas vibrações de cordas que são enroladas em dimensões demasiado pequenas para experimentos de alcançar. Nem a gravitação quântica em loop, nem a teoria das cordas, nem qualquer outra teoria é atualmente capaz de fornecer detalhes testáveis ​​sobre o comportamento microscópico da gravidade. 
Ilustração pelo Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova

5. A gravidade pode ser transportada por partículas sem massa chamadas grávitons.

No modelo padrão, partículas interagem umas com os outras através de outras partículas portadoras de força. Por exemplo, o fóton é portador da força electromagnética. As partículas hipotéticas para a gravidade quântica são grávitons, e nós temos algumas idéias de como eles devem trabalhar em relatividade geral. Como os fótons, grávitons provavelmente não tem massa. Se eles tivessem massa, as experiências já deveriam ter visto alguma coisa, mas eles não descarta uma massa ridiculamente pequena.

Ilustração pelo Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova

6. A gravidade quântica aparece no menor comprimento que qualquer coisa pode ser.

A gravidade é muito fraca, mas quanto mais próximos dois objetos são, mais forte ela se torna. Em última análise, atinge a força das outras forças a uma distância muito pequena conhecido como o comprimento de Planck, muitas vezes menor do que o núcleo de um átomo.

É aí que os efeitos da gravidade quântica serão fortes o suficiente para medir, mas  são demasiado pequeno para qualquer experimento investigar. Algumas pessoas têm proposto teorias que iriam deixar a gravidade quântica mostrar-se  perto da escala milimétrica, mas até agora não vimos esses efeitos. Outros têm olhado para formas criativas a fim de ampliar os efeitos da gravidade quântica, usando vibrações em uma grande barra de metal ou coleções de átomos mantidos a temperaturas ultra frias.

Parece que, desde a menor escala para o maior, a gravidade continua a atrair a atenção dos cientistas. Talvez isso seja algum consolo na próxima vez que você levar um tombo, quando a gravidade agarrar a sua atenção também.

Traduzido e adaptado de Symmetry magazine
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