Os cientistas detectaram a primeira onda gravitacional prevista há muito tempo em 2015 e, desde então, os pesquisadores estão ansiosos por detectores melhores. Mas a Terra é quente e sismicamente barulhenta, e isso sempre limitará a eficácia dos detectores baseados na Terra.

A Lua é o lugar certo para um novo observatório de ondas gravitacionais? Pode ser. Enviar telescópios para o espaço funcionou bem, e montar um observatório de ondas gravitacionais na Lua também pode funcionar, embora a proposta seja obviamente muito complexa.

A maior parte da astronomia é sobre a luz. Quanto melhor pudermos detectá-la, mais aprenderemos sobre a natureza. É por isso que telescópios como o Hubble e o JWST estão no espaço. A atmosfera da Terra distorce as imagens dos telescópios e até bloqueia algumas luzes, como a infravermelha. Os telescópios espaciais contornam esses dois problemas e revolucionaram a astronomia.

As ondas gravitacionais não são luz, mas detectá-las ainda exige extrema sensibilidade. Assim como a atmosfera da Terra pode introduzir “ruído” nas observações do telescópio, a atividade sísmica da Terra também pode causar problemas para os detectores de ondas gravitacionais. A Lua tem uma grande vantagem sobre nosso planeta dinâmico e em constante mudança: ela tem muito menos atividade sísmica.

Desde os tempos da Apollo, sabemos que a Lua tem atividade sísmica. Mas, ao contrário da Terra, a maior parte de sua atividade está relacionada a forças de maré e a pequenos impactos de meteoritos. A maior parte de sua atividade sísmica também é mais fraca e muito mais profunda do que a da Terra. Isso atraiu a atenção dos pesquisadores que estão desenvolvendo a Lunar Gravitational-wave Antenna (LGWA).

Os desenvolvedores da LGWA escreveram um novo artigo, “The Lunar Gravitational-wave Antenna: Mission Studies and Science Case”. O autor principal é Parameswaran Ajith, um físico/astrofísico do Centro Internacional de Ciências Teóricas, Instituto Tata de Pesquisa Fundamental, Bangalore, Índia. Ajith também é membro da Colaboração Científica LIGO.

Um observatório de ondas gravitacionais (GWO) na Lua cobriria uma lacuna na cobertura de frequência.

“Dado o tamanho da Lua e o ruído esperado produzido pelo fundo sísmico lunar, o LGWA seria capaz de observar GWs de cerca de 1 mHz a 1 Hz”, escrevem os autores. “Isso faria do LGWA o elo perdido entre detectores espaciais como o LISA, com sensibilidades de pico em torno de alguns milihertz, e futuros detectores terrestres propostos, como o Einstein Telescope ou o Cosmic Explorer.”

Se construído, o LGWA consistiria em um conjunto de detectores em escala planetária. As condições exclusivas da Lua permitirão que o LGWA abra uma janela maior para a ciência das ondas gravitacionais. A Lua tem uma atividade sísmica de fundo extremamente baixa, que os autores descrevem como “silêncio sísmico”. A ausência de ruído de fundo possibilitará detecções mais sensíveis.

Os detectores precisam ser super-resfriados, e as baixas temperaturas nas PSRs facilitam essa tarefa. O LGWA consistiria em quatro detectores em uma cratera PSR em um dos polos lunares.

O LGWA é uma ideia ambiciosa com potencial para mudar o jogo científico. Quando combinada com telescópios que observam todo o espectro eletromagnético e com detectores de neutrinos e raios cósmicos – chamada astronomia de múltiplos mensageiros -, ela poderia avançar nossa compreensão de uma série de eventos cósmicos.

A LGWA terá alguns recursos exclusivos para detectar explosões cósmicas. “Somente a LGWA pode observar eventos astrofísicos que envolvem WDs (anãs brancas), como eventos de ruptura de maré (TDEs) e SNe Ia”, explicam os autores. Eles também destacam que somente a LGWA será capaz de avisar os astrônomos com semanas ou até meses de antecedência sobre a fusão de binários compactos de massa solar, incluindo estrelas de nêutrons.

O LGWA também será capaz de detectar binários de buracos negros de massa intermediária (IMBH) mais leves no Universo primitivo. Os IMBHs desempenharam um papel na formação dos atuais buracos negros supermassivos (SMBHs) no coração de galáxias como a nossa. Os astrofísicos têm muitas perguntas não respondidas sobre buracos negros e como eles evoluíram, e a LGWA deve ajudar a responder algumas delas.

As fusões de anãs brancas duplas (DWD) fora de nossa galáxia são outra coisa que o LGWA sozinho será capaz de detectar. Elas podem ser usadas para medir a Constante de Hubble. Ao longo das décadas, os cientistas obtiveram medições mais refinadas da constante de Hubble, mas ainda há discrepâncias.

A LGWA também nos informará mais sobre a Lua. Suas observações sísmicas revelarão a estrutura interna da Lua com mais detalhes do que nunca. Há muita coisa que os cientistas ainda não sabem sobre sua formação, história e evolução. As observações sísmicas da LGWA também iluminarão os processos geológicos da Lua.

A missão da LGWA ainda está sendo desenvolvida. Antes de poder ser implementada, os cientistas precisam saber mais sobre onde planejam colocá-la. É aí que entra a missão preliminar Soundcheck.

Em 2023, a ESA selecionou a Soundcheck em seu pool de reserva de atividades científicas para a Lua. O Soundcheck não apenas medirá o deslocamento sísmico da superfície, as flutuações magnéticas e a temperatura, mas também será uma missão de demonstração de tecnologia. “A validação da tecnologia Soundcheck se concentra na implantação, mecânica e leitura do sensor inercial, gerenciamento térmico e nivelamento da plataforma”, explicam os autores.

Em astronomia, astrofísica, cosmologia e empreendimentos científicos relacionados, sempre parece que estamos no precipício de novas descobertas e de uma nova compreensão do Universo e de como nos encaixamos nele. A razão pela qual sempre parece ser assim é porque é verdade. Os seres humanos estão ficando cada vez melhores nisso, e o advento e o florescimento da ciência da GW exemplificam isso, embora estejamos apenas começando. Nem mesmo uma década se passou desde que os cientistas detectaram sua primeira GW.

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Qual será o rumo daqui para frente?

“Apesar desse roteiro bem desenvolvido para a ciência das GWs, é importante perceber que a exploração do nosso universo por meio das GWs ainda está em sua infância”, escrevem os autores em seu artigo. “Além do imenso
Além do imenso impacto esperado na astrofísica e na cosmologia, esse campo tem uma alta probabilidade de descobertas inesperadas e fundamentais.”

Este artigo foi republicado de Universe Today. Leia o artigo original.