Fontes de Ondas Gravitacionais

Ondas gravitacionais são produzidas por distribuições de massa aceleradas e não esféricas; as fontes astrofísicas mais fortes são binários compactos em espiral, mas supernovas, estrelas de nêutrons em rotação e o universo primordial também irradiam.

Definition

Uma fonte de ondas gravitacionais é qualquer sistema cuja distribuição de massa-energia possui um momento quadrupolar (ou superior) variável no tempo, emitindo radiação gravitacional; as fontes canônicas são binários de objetos compactos cujo movimento orbital produz formas de onda fortes e previsíveis.

Scope

Este tópico abrange a natureza quadrupolar da emissão gravitacional, as principais classes de fontes, coalescências de binários compactos, estrelas de nêutrons deformadas em rotação (ondas contínuas), colapso assimétrico de supernovas (explosões) e o fundo estocástico de muitas fontes não resolvidas ou do universo primordial, juntamente com as frequências e intensidades características que determinam quais detectores podem observá-las.

Core questions

• Por que apenas sistemas não esféricos e acelerados emitem ondas gravitacionais?
• Quais são as principais categorias de fontes astrofísicas de ondas gravitacionais?
• Como as propriedades da fonte definem a banda de frequência na qual elas podem ser detectadas?

Key concepts

• Momento de quadrupolo de massa
• Coalescência de binários compactos
• Ondas contínuas de estrelas de nêutrons
• Fontes de explosão (supernovas)
• Fundo estocástico
• Bandas de frequência da fonte

Key theories

Emissão quadrupolar

As ondas gravitacionais são emitidas em primeira ordem através da mudança do momento de quadrupolo de massa de uma fonte, de modo que movimentos esfericamente simétricos não irradiam nada e apenas distribuições de massa assimétricas e aceleradas produzem ondas.

Binários compactos como fontes primárias

Pares de buracos negros e estrelas de nêutrons em espiral são as fontes mais ruidosas e mais bem modeladas, sendo seu decaimento orbital por radiação gravitacional confirmado indiretamente pela primeira vez pelo pulsar binário de Hulse-Taylor.

Clinical relevance

Identificar e modelar fontes é o que transforma a detecção de ondas gravitacionais em astronomia: cada classe de fonte investiga diferentes aspectos da física, desde a equação de estado da matéria densa em estrelas de nêutrons até a população de buracos negros ao longo do tempo cósmico e possíveis relíquias do universo primordial em um fundo estocástico.

History

Após a previsão de Einstein, a primeira evidência convincente de radiação gravitacional surgiu em 1974, quando Hulse e Taylor descobriram um pulsar binário cuja órbita decaía exatamente como previsto pela fórmula quadrupolar, o que lhes rendeu o Prêmio Nobel de 1993 e motivou o esforço de detecção direta.

Key figures

• Russell Hulse
• Joseph Taylor
• Kip Thorne
• Bernard Schutz

Seminal works

• hulse1975
• maggiore2008

Frequently asked questions

Por que uma estrela perfeitamente simétrica em rotação não emite ondas gravitacionais?

A emissão requer um momento de quadrupolo variável; um corpo em rotação perfeitamente axisimétrico possui uma distribuição de massa constante vista externamente, portanto não irradia ondas gravitacionais, enquanto uma estrela com uma 'montanha' ou outra assimetria o faz.

Qual foi o significado do pulsar binário de Hulse-Taylor?

Sua órbita encolhe precisamente na taxa esperada se perder energia para ondas gravitacionais, fornecendo a primeira prova quantitativa, embora indireta, de que a radiação gravitacional existe, décadas antes de as ondas serem detectadas diretamente.