O novo Catálogo LIGO–Virgo–KAGRA estabelece novos recordes na astronomia gravitacional de precisão.
A colaboração LIGO–Virgo–KAGRA publicou hoje um novo catálogo de eventos de ondas gravitacionais. Um total de 161 eventos, detectados entre abril de 2024 e final de janeiro de 2025, foram adicionados ao catálogo, elevando o número total de sinais de ondas gravitacionais detectadas até o momento para 390. Entre as descobertas mais significativas estão: evidências da existência de buracos negros de segunda geração, a localização celeste mais precisa já alcançada para uma fonte de ondas gravitacionais e a primeira medição de três modos vibracionais de um buraco negro. Uma riqueza de resultados que marca a chegada da astronomia gravitacional à maturidade .
A rede internacional de detectores de ondas gravitacionais LIGO, Virgo e KAGRA (LVK) anunciou hoje a publicação online de um catálogo atualizado de todos os eventos de ondas gravitacionais observados até o momento, denominado Catálogo de Ondas Gravitacionais Transientes-5.0 (GWTC-5), com os respectivos artigos científicos submetidos ao Astrophysical Journal e ao Astrophysical Journal Letters. Os dados analisados neste trabalho foram coletados pelos detectores entre abril de 2024 e o final de janeiro de 2025, durante uma parte da quarta campanha de observação (O4), conhecida como O4b. Durante esse período, foram detectados 161 novos eventos de ondas gravitacionais, elevando o número total de detecções confirmadas por esta rede desde a primeira observação em 2015 para impressionantes 390. A rede internacional LVK consiste nos detectores gêmeos do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser da Fundação Nacional de Ciência dos EUA (NSF LIGO), no detector VIrgo, hospedado pelo Observatório Gravitacional Europeu na Itália, e no detector japonês KAGRA, que fica no Instituto de Pesquisa de Raios Cósmicos (ICRR) da Universidade de Tóquio.
Esta última atualização do catálogo, juntamente com a anterior, GWTC-4 , que abrange eventos coletados entre maio de 2023 e janeiro de 2024, contém 75% de todos os eventos de ondas gravitacionais observados desde a primeira detecção em 2015. Este resultado impressionante demonstra a importância crucial das atualizações dos detectores para o aumento da sensibilidade, levando a um crescimento extraordinário no número de eventos detectados a cada nova campanha de observação. De fato, a colaboração internacional LIGO–Virgo–KAGRA (LVK) alterna períodos de coleta de dados (campanhas de observação) com fases dedicadas a atualizações e comissionamento dos detectores. É por isso que o catálogo de eventos de ondas gravitacionais — incluindo dados validados e os parâmetros físicos das fontes — é atualizado e compartilhado periodicamente com a comunidade científica em geral.
“A extraordinária sensibilidade dos nossos detectores”, disse Ed Porter, pesquisador do Laboratório de Astropartículas e Cosmologia (APC) do CNRS, “agora nos permite capturar três ou quatro sinais de ondas gravitacionais por semana. Essa crescente quantidade de dados, que toda uma comunidade de cientistas e astrônomos trabalha para analisar e estudar, nos levou da era das descobertas iniciais para a da astronomia gravitacional de precisão. Hoje, os estudos de ondas gravitacionais possibilitam análises antes inimagináveis: investigações sobre populações de buracos negros, testes cada vez mais precisos da relatividade geral sob as condições físicas extremas dos fenômenos que observamos e o desenvolvimento de novos métodos para obter estimativas cada vez mais precisas da constante de Hubble. É um cenário em que poucas pessoas apostariam há apenas dez anos.”
Além das novas perspectivas abertas por esse número extraordinário de observações, o novo catálogo também inclui diversas detecções que são excepcionais por si só e estabelecem novos recordes em observações de astronomia de ondas gravitacionais: a melhor localização no céu já alcançada para uma fonte de ondas gravitacionais, o sinal de onda gravitacional mais nítido já registrado e evidências da existência de buracos negros de segunda geração.
A melhor localização de céu já alcançada
Um sinal detectado pelos dois detectores LIGO nos Estados Unidos e pelo Virgo na Europa em 15 de junho de 2024 — e, portanto, denominado GW240615 — estabeleceu o recorde de localização celeste mais precisa entre todos os eventos de ondas gravitacionais observados até o momento. A fonte foi identificada em uma área de apenas 6 graus quadrados, uma porção relativamente pequena da esfera celeste. Esse desempenho excepcional foi alcançado graças à triangulação utilizando dados de todos os três detectores ativos na época, incluindo o Virgo, que retornou à campanha de observação em abril de 2024, no início da fase O4b, contribuindo significativamente para as capacidades de localização de fontes da rede.
“A localização cada vez mais precisa de fontes no céu é claramente uma das prioridades de toda a comunidade astronômica, a fim de buscar, na menor região possível do céu, quaisquer sinais eletromagnéticos gerados pelos eventos observados — especialmente no caso de fusões de estrelas de nêutrons ou entre um buraco negro e uma estrela de nêutrons”, disse Marie Anne Bizouard, porta-voz da Colaboração Virgo e pesquisadora do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica (CNRS) em Nice. “Sabíamos que a contribuição do Virgo seria decisiva para melhorar a localização das fontes de ondas gravitacionais observadas e estamos orgulhosos do excelente trabalho realizado pela equipe responsável pela instalação do detector, que foi recompensado com este resultado recorde.”
O evento de ondas gravitacionais observado com essa localização recorde foi a fusão de dois buracos negros, com massas de cerca de 26 e 30 massas solares, que colidiram violentamente a mais de 3 bilhões de anos-luz da Terra.
A melhoria na capacidade da rede de localizar eventos, juntamente com o aumento no tamanho do conjunto de dados, também permitiu uma melhor estimativa da constante de Hubble, H₀, que indica a velocidade atual de expansão do Universo. Usando o conjunto de dados GWTC-5, a colaboração LVK obteve uma nova medição independente da constante de Hubble, H0 = 71.0-7+9 km s -1 Mpc -1 , o que é pouco mais de 25% mais preciso que a estimativa da versão anterior do catálogo. Esse valor é totalmente consistente com medições já estabelecidas tanto da nossa vizinhança cósmica quanto do Universo primordial, mas ainda não é preciso o suficiente para resolver a discrepância entre essas medições.
O sinal de onda gravitacional mais nítido já registrado
Detectar ondas gravitacionais não significa simplesmente capturar um sinal, mas sim extraí-lo do ruído que perturba os detectores. Isso exige intensos esforços de mitigação de ruído e análises de dados altamente sofisticadas, razão pela qual a “força” ou “clareza” de um sinal é expressa pela relação sinal-ruído (SNR). O catálogo publicado hoje inclui o sinal de onda gravitacional mais “claro” já detectado, com uma relação sinal-ruído de 76,9. Esse sinal, GW250114, chegou à Terra em 14 de janeiro de 2025 e foi gerado pela fusão de dois buracos negros com massas quase idênticas (32 e 34 vezes a massa do Sol, respectivamente), ocorrendo a mais de um bilhão de anos-luz da Terra. Sua “clareza” levou a alguns resultados científicos excepcionais, que já foram publicados e anunciados pela colaboração LVK nos últimos meses, incluindo o teste mais preciso da relatividade geral já realizado e a confirmação do teorema da área do buraco negro de Stephen Hawking.
“Quando dois buracos negros se fundem, a colisão ressoa como um sino, emitindo tons específicos caracterizados por dois números: uma frequência oscilatória e um tempo de amortecimento”, disse o físico Keefe Mitman, da Universidade Cornell. “Se você medir um único tom nos dados de uma colisão, poderá calcular a massa e o spin do buraco negro formado na colisão. Mas, se você medir dois ou mais tons nos dados – o que um sinal claro como o GW250114 permite – cada um deles fornece, na prática, uma medida diferente de massa e spin, de acordo com a relatividade geral.”
“Se essas duas medições concordarem entre si, você estará efetivamente verificando a relatividade geral”, disse Mitman. “Mas, se você medir dois sinais que não correspondem à mesma combinação de massa e spin, poderá começar a investigar o quanto se desviou das previsões da relatividade geral.” O evento GW250114 foi suficientemente claro para que os pesquisadores pudessem medir dois sinais e restringir um terceiro. Todos concordam com a relatividade geral de Einstein.
Buracos negros de segunda geração
Outro resultado notável, incluído no novo catálogo publicado hoje — embora já tivesse sido anunciado pela Colaboração LVK nos últimos meses — diz respeito a dois eventos muito especiais: GW241011 e GW241110. Esses sinais, detectados em outubro e novembro de 2024, com apenas um mês de intervalo, foram gerados pela fusão de dois buracos negros, localizados a aproximadamente 700 milhões e 2,4 bilhões de anos-luz da Terra, respectivamente. Certas características dessas fusões — em particular, a rotação dos buracos negros (isto é, a orientação e a velocidade de suas rotações) — indicam que os objetos envolvidos podem ser buracos negros de “segunda geração”, ou seja, buracos negros que são, eles próprios, o resultado de coalescências anteriores. Esses objetos provavelmente se formaram em ambientes cósmicos muito densos e congestionados, como aglomerados estelares, onde os buracos negros têm maior probabilidade de colidir e se fundir repetidamente. O número crescente de eventos observados também permitiu que os pesquisadores estudassem e identificassem com cada vez mais clareza as propriedades de diferentes populações de buracos negros, e um dos artigos que acompanham o Catálogo trata precisamente desse aspecto específico.
“Uma das pistas mais intrigantes que emergem do novo catálogo é o aparecimento de um grupo de buracos negros com massas entre 10 e 20 vezes a massa do Sol que parecem compartilhar uma característica comum: eles giram rapidamente, provavelmente sendo buracos negros de ‘segunda geração’”, disse Mario Spera. “O enigma não é simplesmente o fato de esses buracos negros girarem rápido, mas por que essa subpopulação aparece precisamente nessas massas. É mais um indício de que o Universo ainda pode estar escondendo peças importantes da história de como os buracos negros nascem, evoluem e se fundem. E esse panorama se tornará mais rico e surpreendente a cada novo catálogo de ondas gravitacionais do LVK.”
A Colaboração LIGO-Virgo-KAGRA
O LIGO é financiado pela NSF e operado pelo Caltech e pelo MIT, que juntos conceberam e construíram o projeto. O apoio financeiro para o projeto Advanced LIGO foi liderado pela NSF, com a Alemanha (Sociedade Max Planck), o Reino Unido (Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia) e a Austrália (Conselho Australiano de Pesquisa) fazendo contribuições e compromissos significativos para o projeto. Mais de 1.600 cientistas de todo o mundo participam do esforço por meio da Colaboração Científica LIGO, que inclui a Colaboração GEO. Outros parceiros estão listados em my.ligo.org/census.php .
A Colaboração Virgo é atualmente composta por aproximadamente 1.000 membros de 175 instituições em 20 países diferentes (principalmente europeus). O Observatório Gravitacional Europeu (EGO) abriga o detector Virgo perto de Pisa, na Itália, e é financiado pelo Centro Nacional de Pesquisa Científica (CNRS) da França, pelo Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) da Itália, pelo Instituto Nacional de Física Subatômica (Nikhef) da Holanda, pela Fundação de Pesquisa – Flandres (FWO) e pelo Fundo Belga para Pesquisa Científica (FRS-FNRS). Uma lista dos grupos da Colaboração Virgo pode ser encontrada em: https://www.virgo-gw.eu/about/scientific-collaboration/ Mais informações estão disponíveis no site de Virgo em https://www.virgo-gw.eu
O KAGRA é um interferômetro a laser com um braço de 3 quilômetros de comprimento, localizado em Kamioka, Gifu, Japão. A instituição anfitriã é o Instituto de Pesquisa de Raios Cósmicos (ICRR) da Universidade de Tóquio, e o projeto é co-organizado pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ) e pela Organização de Pesquisa de Aceleradores de Alta Energia (KEK). A colaboração KAGRA é composta por mais de 400 membros de 128 instituições em 17 países/regiões. Informações sobre o KAGRA para o público em geral estão disponíveis no site gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/ . Recursos para pesquisadores podem ser acessados em gwwiki.icrr.u-tokyo.ac.jp/JGWwiki/KAGRA .