Ondas gravitacionais como sonda cosmológica

Abstract

As ondas gravitacionais, previstas há mais de um século pela Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein, foram detectadas pela primeira vez em 2015 pela colaboração LIGO-Virgo. Essa descoberta representa o início de uma nova era para a astronomia multimensageira, trazendo novas possibilidades para a exploração e compreensão do Universo e de seus constituintes. Neste trabalho, investigamos o papel das ondas gravitacionais na Cosmologia, com ênfase em seu potencial como sondas cosmológicas complementares às já existentes, como as supernovas do tipo Ia, a distribuição de galáxias e a radiação cósmica de fundo, na investigação da evolução do Universo. Apresentamos inicialmente a teoria fundamental das ondas gravitacionais em espaços-tempos curvos, discutindo sua propagação e produção, seguida de sua aplicação ao universo homogêneo e isotrópico em expansão, descrito pela métrica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker. Discutimos também possíveis fontes de ondas gravitacionais, os detectores atualmente em operação (como, e.g., LIGO, Virgo e KAGRA), bem como projetos futuros (e.g., Einstein Telescope e LISA). Finalizamos com um estudo de caso, utilizando o sinal da onda gravitacional proveniente da fusão de duas estrelas de nêutrons, o evento GW170817, para inferir a constante de Hubble.