Sistema de resfriamento criogênico das massas-teste para o LIGO Voyager e Cosmic Explorer

1. OBJETIVO DA BOLSA:

Projetar um sistema criogênico para ser utilizado no resfriamento e manutenção da temperatura de 123 K das massas teste dos observatórios de ondas gravitacionais futuros LIGO Voyager e Cosmic Explorer no Laboratório de Ondas Gravitacionais do INPE.

2. CARACTERÍSTICAS DA BOLSA:

3. QUALIFICAÇÃO ESPERADA PARA O BOLSISTA:

Doutorado na área de instrumentação astrofísica (preferencialmente na de ondas gravitacionais).

Experiência em projetos de P& D em construção e testes de equipamentos científicos de alto vácuo e criogenia. Liderança comprovada em projetos de inovação e desenvolvimento tecnológico.

4. RESUMO DO PLANO DE TRABALHO:

O bolsista projetará um sistema de resfriamento criogênico para as massas teste dos observatórios de ondas gravitacionais LIGO Voyager e Cosmic Explorer. Para isso ele determinará:

1) primeiro, qual a temperatura necessária para ser mantida em cada um dos “shields” das massas teste dos observatórios de ondas gravitacionais LIGO Voyager e Cosmic Explorer de forma a manter essas respectivas massas teste na temperatura de 123 K;

2) segundo, qual o fluxo de nitrogênio líquido necessário para manter cada um dos “shields” dessas massas teste às respectivas temperaturas encontradas anteriormente; e

3) terceiro, projetar o sistema de circulação do nitrogênio líquido, com o uso de tubulação isolada termicamente e de “impellers”, movidos por campos magnéticos em rotação.

5. ATIVIDADES DO PLANO DE TRABALHO:

A atual geração de detectores de ondas gravitacionais, como o Advanced LIGO, Virgo e KAGRA, fez descobertas significativas, mas possui limitações de sensibilidade. Para superá-las, a próxima geração de observatórios está em estudo, com destaque para o LIGO Voyager e o Cosmic Explorer (CE). O Cosmic Explorer será um interferômetro de braços mais longos, visando uma sensibilidade 10 vezes maior que a do LIGO atual. A meta científica é detectar a maioria das fusões de buracos negros e estrelas de nêutrons no universo. Serão dois observatórios nos Estados Unidos, um com um detector de 20 km, otimizado para sinais de fusão de estrelas de nêutrons, e outro com um de 40 km. O projeto prevê duas fases: a primeira, no final dos anos 2030, usará tecnologias existentes; a segunda, a partir de meados dos anos 2040, introduzirá novas tecnologias para reduzir o ruído quântico e térmico. Para o controle do ruído térmico, o CE usará sistemas criogênicos, conforme figura no anexo. A proposta mais promissora é o uso de massas de teste de silício operando a 123 K (-150 C), temperatura na qual o silício apresenta baixo ruído browniano e seu coeficiente de expansão térmica se aproxima de zero, eliminando o ruído termoelástico. Em um projeto relacionado, o Grupo de Ondas Gravitacionais do INPE (GWINPE), em colaboração com o LIGO, propôs um sistema de resfriamento para o LIGO Voyager usando nitrogênio líquido. A ideia é resfriar as massas de teste por radiação, evitando conexões térmicas diretas que podem gerar ruído. O sistema usa uma tubulação em serpentina com fluxo de nitrogênio líquido, gerado por impulsores, que resfria as câmaras térmicas. Cada massa de teste fica dentro de duas câmaras internas criogências, que, por sua vez, estão dentro de outra a 300 K. Este método resfria as massas de teste e as câmaras criogênicas mais internas por radiação e as câmaras criogências mais externas por condução (onde circulam as serpentinas). Para o sucesso do LIGO Voyager, é crucial manter a temperatura das massas de teste em 123 K, o que exige a remoção de aproximadamente 6,3 W de calor, o que seria removido pelo sistema projetado pelo bolsista.

6. PROCESSO DE SELEÇÃO:

Os interessados devem enviar, por e-mail, o endereço eletrônico de acesso ao currículo Lattes, para o endereço: odylio.aguiar@inpe.br, mencionando no campo assunto da mensagem “Bolsa DTC-B”. Os currículos devem ser enviados até às 24h (horário de Brasília) do dia 23/01/2026.

Serão selecionados todos os currículos que atenderem aos critérios estabelecidos no ITEM 3 (Qualificação Esperada para o Bolsista). Estes currículos serão considerados "Currículos Válidos".

Os Currículos Válidos serão avaliados por uma banca examinadora composta por, no mínimo, dois servidores da área técnica do INPE que farão as análises e o ordenamento conforme ITEM 3.

Os candidatos melhores ordenados/ranqueados serão entrevistados para esclarecimentos, na qual deverão comprovar as competências descritas no currículo Lattes.

As entrevistas individuais serão realizadas no dia 27/01/2026 de forma remota utilizando a ferramenta Google.meet.