Detector

Virgo é um interferómetro laser com dois braços perpendiculares de 3 km de comprimento. Está instalado no Observatório Gravitacional Europeu, numa zona rural perto de Pisa, em Itália. O seu objetivo é detectar ondas gravitacionais provenientes de fontes astrofísicas.

No interior de Virgo, o feixe de luz produzido por um laser é dividido em dois por um espelho semi-refletor, conhecido como “divisor de feixe”. Os dois feixes resultantes percorrem trajetórias perpendiculares separadas: os “braços”.

Um espelho colocado na extremidade de cada um dos braços, com 3 km de comprimento, reflete a luz de modo a que os dois feixes regressem ao divisor de feixe. Ao passarem de novo pelo divisor de feixe, os dois feixes que regressam sobrepõem-se e interferem um com o outro.

A franja escura

Este “padrão de interferência” muda consoante a diferença de tempo que os feixes de laser demoram a percorrer os dois braços. Quando não há sinal de ondas gravitacionais, os dois feixes devem levar o mesmo tempo a percorrer os dois braços iguais. Neste caso, recombinam-se de forma destrutiva na porta de saída do detetor. Isto significa que os feixes se anulam mutuamente e que nenhuma luz atinge o fotodetector na porta de saída do interferômetro. Este ponto de funcionamento é designado por “franja escura” do interferômetro.

O efeito de uma onda gravitacional

Em vez disso, quando uma onda gravitacional atravessa o detector, estica alternadamente um braço e encolhe o outro por uma pequena quantidade (cerca de um milésimo do diâmetro do próton). Como consequência, a luz leva tempos diferentes para percorrer os dois braços. Neste caso, quando os dois feixes se recombinam, já não se anulam mutuamente e uma pequena quantidade de luz, proporcional ao desvio causado pela passagem da onda gravitacional, é agora detectável pelo fotodetector da porta de saída.

Quanto mais longos forem os braços do detetor, maior será a alteração do seu comprimento provocada pela passagem de uma onda gravitacional, razão pela qual os braços de Virgo são tão longos: três quilómetros.

É claro que pôr em prática este princípio de funcionamento com um instrumento real é extremamente complexo e apresenta vários desafios científicos e tecnológicos. Dois dos mais complexos envolvem o aumento da intensidade do sinal das ondas gravitacionais e a redução do ruído de fundo em que este se esconde.