Consertar uma falha em um projeto científico multimilionário geralmente significa gastar milhões a mais. Ou inventando algo totalmente novo.
Não desta vez.
Cientistas que trabalham nos Observatórios de ondas gravitacionais com interferômetro a laser (LIGO) encontraram uma solução para uma persistente dor de cabeça de engenharia usando algo que você pode comprar online. Uma câmera de imagem térmica pronta para uso.
Parece simples demais para uma instalação projetada para detectar ondulações no espaço-tempo causadas pela colisão de buracos negros. Mas foi exatamente isso que uma equipe liderada por Jonathan Richardson, da Universidade da Califórnia, em Riverside, fez.
Como a imagem térmica corrige distorções de espelho no LIGO
O LIGO escuta os eventos mais violentos do universo. Quando dois buracos negros se chocam, eles enviam ondas de choque através do espaço-tempo. Essas ondas gravitacionais passam pela Terra, esticando e comprimindo o próprio espaço em quantidades microscópicas.
Dentro das instalações gêmeas em forma de L do LIGO em Washington e Louisiana, feixes de laser percorrem túneis de 4 quilômetros. Eles refletem em espelhos tão perfeitos que refletem 99,9997% da luz que os atinge. A pureza desses espelhos é impressionante. Eles estão entre os melhores componentes ópticos já fabricados.
Mas a perfeição tem um custo. Mesmo os melhores espelhos absorvem uma pequena fração da energia do laser. Essa energia se transforma em calor.
O calor deforma a superfície do espelho em apenas alguns nanômetros. É uma distorção microscópica, mas embaralha o feixe de laser. Isso limita o quão longe o LIGO pode “ver”. Ou melhor, até onde pode “ouvir”.
A equipe de Richardson combinou câmeras térmicas comerciais com modelos de computador. Eles criaram um mapa das distorções térmicas nos espelhos. Pense nisso como diagnosticar o motor de um carro verificando sua temperatura. Você vê os pontos quentes do lado de fora. Você infere o que está acontecendo lá dentro.
Com este mapa, os físicos podem aplicar calor direcionado na parte de trás do espelho. Isso neutraliza a deformação. O feixe de laser permanece claro. A sensibilidade melhora.
“Não requer nenhum desenvolvimento de nova tecnologia. O que é quase inédito para resolver um problema de instrumento LIGO.”
Por que esta atualização expande o alcance do LIGO em 33 milhões de anos-luz
Por que um espelho melhor é importante?
O espaço é tridimensional. Quando você estende seu alcance em uma direção, seu volume de observação cresce exponencialmente.
A correção de Richardson aumenta o alcance efetivo do LIGO em cerca de 33 milhões de anos-luz.
Esse número pode parecer pequeno perto da escala do cosmos. Mas em termos de dados? É enorme. Uma janela um pouco maior significa muito mais eventos detectáveis. Os astrônomos detectarão mais fusões de buracos negros. Mais colisões de estrelas de nêutrons. O universo fica mais barulhento.
Este não é apenas um patch para equipamentos existentes. É um projeto para o futuro.
A técnica já está sendo incorporada ao design do Cosmic Explorer. Este observatório de próxima geração visa meados de 2030. Seus braços se estenderão por 40 quilômetros – dez vezes mais que os do LIGO.
Se a correção do LIGO adicionar profundidade, o Cosmic Explorer visa um aumento geral de dez vezes na sensibilidade. O principal inimigo não é apenas o calor. É ruído quântico. A imprecisão fundamental da física que limita a precisão da medição. Mas controlar as distorções térmicas é o primeiro passo.
A tecnologia comercial é melhor para instrumentos científicos sensíveis?
Há um conforto no mundano. Uma câmera térmica padrão custa alguns centavos em comparação com os orçamentos de P&D. Está disponível. Está comprovado.
A dependência do LIGO em hardware pronto para uso inverte o roteiro do elitismo da alta tecnologia. Às vezes, a melhor ferramenta não é aquela construída do zero em laboratório. É aquele que já está em uma prateleira.
A correção está pronta. Fará parte do próximo ciclo de atualização do LIGO. Em seguida, ele entra no Cosmic Explorer.
Os espelhos ainda estão quentes. Os dados ainda estão chegando. Mas agora sabemos onde procurar o calor. E depois de ver a distorção, você pode corrigi-la.
O que deixa uma pergunta. Que outros segredos cósmicos estão escondidos por trás do ruído térmico?
