Detetores Multi-Mensageiros

Os detetores multi-mensageiros observam o universo através de outros portadores além da luz, registando neutrinos, raios cósmicos e ondas gravitacionais para estudar eventos astrofísicos a partir de pontos de vista complementares.

Definition

Detetores multi-mensageiros são instrumentos que observam neutrinos astrofísicos, raios cósmicos ou ondas gravitacionais, estendendo a astronomia para além da radiação eletromagnética para outras partículas e para ondulações no espaço-tempo.

Scope

Este tópico abrange detetores de neutrinos de grande volume que utilizam água ou gelo como meio Cherenkov, observatórios de raios cósmicos que amostram chuveiros atmosféricos extensos em grandes áreas, detetores de ondas gravitacionais de interferómetro a laser de escala quilométrica, as fontes de ruído e os sistemas de isolamento que tornam tais medições possíveis, e a coordenação de alertas que liga estes mensageiros ao acompanhamento eletromagnético.

Core questions

• Como são detetados os neutrinos astrofísicos apesar da sua fraca interação?
• Como são medidas as ondas gravitacionais?
• Como são observados os raios cósmicos de mais alta energia?
• Por que a coordenação de múltiplos mensageiros é cientificamente poderosa?

Key theories

Deteção Cherenkov de neutrinos

Os neutrinos interagem ocasionalmente num grande volume de água ou gelo, produzindo partículas carregadas cuja luz Cherenkov é registada por conjuntos de fotomultiplicadores para reconstruir a energia e a direção.

Deteção interferométrica de ondas gravitacionais

Uma onda gravitacional que passa altera minimamente os comprimentos dos braços perpendiculares de um interferómetro a laser de escala quilométrica, um sinal extraído apenas após a supressão do ruído sísmico, térmico e quântico.

Deteção de chuveiros atmosféricos de raios cósmicos

Raios cósmicos de alta energia iniciam cascatas de partículas secundárias na atmosfera que são amostradas por conjuntos de detetores terrestres ou observadas através da sua luz de fluorescência.

Clinical relevance

A deteção multi-mensageira abriu novas janelas para o cosmos, com as ondas gravitacionais a revelar a fusão de buracos negros e estrelas de neutrões e os neutrinos de alta energia a apontar para galáxias ativas; a combinação de mensageiros com observações eletromagnéticas produz conhecimentos inatingíveis a partir de qualquer canal único.

History

Os raios cósmicos foram descobertos em 1912 e os neutrinos solares e de supernovas detetados a partir da década de 1960, com os detetores a crescerem para a escala de quilómetros cúbicos no gelo. A primeira deteção direta de ondas gravitacionais pelo LIGO em 2015, seguida por uma fusão de estrelas de neutrões observada em conjunto em 2017, estabeleceu a astronomia multi-mensageira.

Key figures

• Rainer Weiss
• Kip Thorne
• Masatoshi Koshiba

Seminal works

• ligo2016
• saulson1994
• longair2011

Frequently asked questions

Como se deteta uma partícula tão elusiva como um neutrino?

Os neutrinos interagem tão raramente que os detetores devem ser enormes. As experiências instrumentam um enorme volume de água ou gelo polar com sensores de luz e esperam pelo neutrino raro que interage, produzindo partículas carregadas cujo fraco brilho Cherenkov é registado para inferir a energia e a direção do neutrino.

O que mede realmente um detetor de ondas gravitacionais?

Mede uma alteração mínima nos comprimentos relativos de dois braços perpendiculares de quilómetros de comprimento à medida que uma onda gravitacional estica e comprime o espaço-tempo. A alteração é muito menor do que um núcleo atómico, por isso os instrumentos usam interferometria a laser e isolamento elaborado para a detetar acima do ruído.