Os detetores à escala do LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferómetro Laser, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) utilizam a interferometria laser para medir as minúsculas variações do espaço-tempo causadas pela passagem das ondas gravitacionais. Funcionam medindo alterações muito pequenas na distância entre dois pontos separados utilizando feixes de luz. Quando passam pela Terra, as ondas gravitacionais distorcem o espaço-tempo, alterando ligeiramente o comprimento dos ponteiros do interferómetro, indicando assim a presença da dita onda gravitacional.
O LIGO consta de dois interferómetros separados por 3.000 quilómetros situados nos Estados Unidos; um em Hanford (Washington) e o outro em Livingston (Louisiana), operados de forma conjunta. Ambos funcionaram entre 2002 e 2010 sem realizar qualquer deteção, tendo sido posteriormente melhorados e convertidos no LIGO Avançado, que começou a funcionar em 2015. A 15 de setembro desse ano, operando ainda em fase experimental, o LIGO Avançado detetou ondas gravitacionais. Um marco histórico.
Como o conseguiu? Cada um dos interferómetros do LIGO consta de dois braços de quatro quilómetros de comprimento posicionados em ângulo reto em relação a um edifício central. Deste edifício parte um feixe de laser que se divide em dois raios, cada um ao longo de um braço, que ressaltam num espelho posicionado na extremidade do braço respetivo e são devolvidos à origem para serem recombinados num só feixe, criando o que se denomina um padrão de interferência.
Quando passa uma onda gravitacional, esta “deforma” o espaço alongando e encurtando os braços. Como o padrão de interferência depende do caminho total percorrido por cada um dos feixes, medindo variações neste padrão podemos deduzir que o comprimento dos braços variou, tal como prevê a relatividade geral. O LIGO é sensível a variações no comprimento até dez mil vezes menores do que o tamanho de um protão (isto é, 0,0000000000000000001 metros!).
E, ao observar a mesma variação nos dois interferómetros, Hanford e Livingston, verificam que se trata efetivamente do mesmo fenómeno. A única ressalva é a diferença temporal entre um e outro, já que a onda gravitacional se move à velocidade da luz e esta demora uma centésima de segundo a percorrer a distância entre os dois instrumentos. A observação dos sinais e das suas diferenças temporais pode indicar-nos tanto a massa inicial dos buracos negros como a sua massa final após a fusão, além da distância a que se produziu o evento.
A conceção e construção do LIGO foram realizadas pelas equipas de cientistas e engenheiros do Instituto de Tecnologia da Califórnia e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), juntamente com as mais de 80 instituições e 900 cientistas de todo o mundo que são membros da Colaboração Científica LIGO. As responsabilidades do Laboratório LIGO incluem, além das operações, o melhoramento dos detetores, a investigação em física fundamental da gravitação, astronomia e astrofísica, e a educação e divulgação.
Assim funciona o LIGO
