Simulação de ondas gravitacionais: física, emissão e propagação

Abstract

Este trabalho investiga a física das ondas gravitacionais em relação à sua emissão, propagação e natureza intrínseca, combinando teoria e simulação computacional. Com base na Relatividade Geral, o estudo analisa o comportamento dessas perturbações espaço-temporais e estabelece uma comparação direta com as ondas eletromagnéticas a partir do evento GW170817, detectado simultaneamente pelos interferômetros LIGO e pelo telescópio Fermi-GBM. A metodologia fundamenta-se na análise quantitativa de dados reais do GWOSC, processados via scripts em Python com as bibliotecas GWpy, NumPy, SciPy, Matplotlib e Astropy. Foram aplicados filtros digitais de Butterworth para isolar o ruído e permitir a identificação clara dos picos do chirp gravitacional e do pulso gama associado ao GRB 170817A. Os resultados demonstram uma forte concordância nos tempos de chegada, corroborando a previsão teórica de que ambas as ondas viajam à velocidade da luz. Além disso, as simulações evidenciam as diferenças fundamentais de natureza física: enquanto as ondas eletromagnéticas são oscilações de campos vetoriais, as gravitacionais manifestam-se como distorções na geometria do próprio espaço-tempo. Conclui-se que a abordagem computacional adotada não apenas valida a Relatividade Geral e a astronomia multimensageira, mas também cria pontes tangíveis entre a formulação matemática abstrata e sua manifestação observável.

This work investigates the physics of gravitational waves regarding their emission, propagation, and intrinsic nature, combining theory and computational simulation. Grounded in General Relativity, the study analyzes the behavior of these spacetime perturbations and establishes a direct comparison with electromagnetic waves using the GW170817 event, which was simultaneously detected by the LIGO interferometers and the FermiGBM telescope. The methodology relies on the quantitative analysis of real data from the GWOSC, processed via Python scripts using the GWpy, NumPy, SciPy, Matplotlib, and Astropy libraries. Butterworth digital filters were applied to isolate noise and enable the clear identification of the gravitational chirp peaks and the gamma pulse associated with GRB 170817A. The results demonstrate a strong agreement in arrival times, corroborating the theoretical prediction that both waves travel at the speed of light. Furthermore, the simulations highlight fundamental differences in physical nature: while electromagnetic waves are oscillations of vector fields, gravitational waves manifest as distortions in the geometry of spacetime itself. It is concluded that the adopted computational approach not only validates General Relativity and multi-messenger astronomy but also creates tangible bridges between abstract mathematical formulation and its observable manifestation.