Explorador Cósmico será maior instrumento científico já construído

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/02/2025

A equipe acredita ter resolvido o maior entrave técnico para viabilizar o maior laboratório científico do mundo.
[Imagem: Liu Tao et al. - 10.1103/PhysRevLett.134.051401]

Astronomia de ondas gravitacionais

Desde 2015, observatórios como o LIGO e o VIRGO abriram uma nova janela para o Universo. Ao detectarem as primeiras ondas gravitacionais, esses longos e compridos observatórios mostraram que esses eventos são tão interessantes que fizeram emergir uma nova disciplina, a astronomia das ondas gravitacionais.

Esses observatórios têm braços de 4 km de comprimento, onde feixes de laser vêm e vão - qualquer onda gravitacional que passar por eles deturpa o espaço-tempo, criando uma diferença de tempo entre a luz que vai e a luz que volta.

Mas os cientistas querem mais. E empurrar a capacidade de detecção de ondas gravitacionais para detectar aquelas emitidas pelos primeiros momento da história do Universo, antes da formação das primeiras estrelas, exigirá níveis de potência do laser excedendo 1 megawatt, o que está muito além das capacidades técnicas dos observatórios atuais.

Foi por isso que surgiu o projeto do Explorador Cósmico, um detector de ondas gravitacionais que deverá ter dois braços de 40 km de comprimento cada um, o que o tornará o maior instrumento científico já construído, muito maior do que o LHC, o maior acelerador de partículas do mundo, com seus 26 km.

Isso permitirá que o detector de ondas gravitacionais alcance potências extremas de laser.

"Eu espero que um dia possamos detectar alguma fonte que seja completamente inesperada e imprevisível. Se você olhar para a história da astronomia, toda vez que desenvolvemos telescópios eletromagnéticos que podiam observar um comprimento de onda de luz diferente, que nunca havia sido observado antes, vimos o Universo literalmente sob uma nova luz e quase sempre descobrimos novos tipos de objetos visíveis naquela faixa de comprimento de onda, mas não em outras. Espero que o mesmo seja verdade para as ondas gravitacionais," disse o professor Jonathan Richardson, da Universidade da Califórnia em Riverside, um dos proponentes do Explorador Cósmico.

Princípio da nova técnica de óptica adaptativa.
[Imagem: Richardson Lab/UC Riverside]

Solução óptica

Uma das maiores inovações, que está tornando possível transformar a ideia do Explorador Cósmico em um projeto de engenharia, consiste em uma nova abordagem de óptica adaptativa de baixo ruído e alta resolução que pode corrigir as limitantes distorções apresentadas hoje pelos espelhos principais de 40 quilogramas do LIGO, que surgem com o aumento da potência do laser devido ao aquecimento.

Esses espelhos são necessários para refletir o feixe de luz de ida, criando o feixe de luz de volta. Só que, quanto mais potente o feixe, mais o espelho aquece, o que interfere com o próprio feixe de luz que volta. Os novos dispositivos ópticos adaptativos foram projetados para fornecer padrões de aquecimento direcionados em forma de anel à superfície do núcleo óptico, permitindo controlar o efeito do aumento da distorção térmica à medida que a potência do laser aumenta em direção à escala dos megawatts.

"Nosso instrumento foi projetado para ficar a apenas alguns centímetros na frente da superfície reflexiva desses espelhos e projetar radiação infravermelha corretiva de ruído muito baixo na superfície frontal do espelho. É o primeiro protótipo para um tipo totalmente novo de abordagem que usa princípios ópticos sem geração de imagens, que nunca foram usados na detecção de ondas gravitacionais antes," disse Richardson.

Pelos cálculos dos cientistas, um detector de ondas gravitacionais com 40 km de comprimento e lasers na casa dos megawatts será capaz de ver o Universo em tempos anteriores a quando se acredita que as primeiras estrelas se formaram, quando o Universo tinha cerca de 0,1% de sua idade atual de 14 bilhões de anos.

O Explorador Cósmico entra agora na fase mais inicial de projeto, e ainda não há previsão de quando ele começará a ser construído.

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