Calculadora de ondas gravitacionais

O LIGO detecta uma onda gravitacional observando dois braços a laser de 4 quilômetros se esticarem e se comprimirem em cerca de uma parte em 10²¹ — uma distorção cerca de mil vezes menor que a largura de um próton. Esse sinal só se torna confiável porque a mesma forma de onda precisa aparecer em detectores separados por milhares de quilômetros, permitindo distinguir um chirp real de ruídos locais, como caminhões passando ou terremotos distantes. A frequência também não permanece fixa: à medida que os dois objetos espiralam um em direção ao outro, a energia orbital é liberada como radiação gravitacional, fazendo a onda subir em frequência até o momento da fusão — o 'chirp' que dá nome à curva desta ferramenta.

Quando dois objetos compactos espiralam um em direção ao outro, eles não emitem suas duas massas separadamente. A forma de onda é determinada quase inteiramente por uma única combinação, a massa de chirp M_c = (m₁m₂)^3/5/(m₁+m₂)^1/5. Esse único número controla a rapidez com que a frequência sobe, então medir o ritmo do chirp entrega a massa de chirp diretamente. É por isso que esta ferramenta a coloca em primeiro plano.

A amplitude de uma onda gravitacional depende da verdadeira distância de luminosidade da fonte de um modo que os físicos podem calcular a partir de primeiros princípios — sem calibração com cefeidas ou supernovas. Isso torna cada fusão uma sirene padrão: o chirp dá as massas, a amplitude dá a distância. Combine isso com um desvio para o vermelho e você obtém uma medição independente da constante de Hubble — foi exatamente assim que a fusão de estrelas de nêutrons GW170817, em 2017, contribuiu para a questão de quão rápido o universo se expande.