Então, o que são “ondas gravitacionais”?
“Onda gravitacional é a onda que transmite energia por meio de deformações no tecido do espaço-tempo, ou seja, perturbando o campo gravitacional. A teoria geral da relatividade prediz (confirmada no final de 2015) que massas aceleradas podem causar este fenômeno, que se propaga com a velocidade da luz. Bons candidatos a geradores destas ondas são corpos acelerados que possuem grande massa, como, por exemplo, um sistema binário”. (Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Onda gravitacional)
O que foi descoberto?
Observando a interação de dois buracos negros (objetos do universo com gravidade extremamente forte) os pesquisadores registraram, pela primeira vez, as ondas de distorção provocadas pela força gravitacional no espaço e no tempo.
Quando Albert Einstein elaborou sua teoria da Relatividade Geral, afirmou que a gravidade é uma força de atração que age distorcendo o espaço e tempo. Na concepção de Einstein, espaço e tempo é uma coisa só. Quando há uma interação de objetos muito maciços, para os quais a força da gravidade é muito grande, eles produzem ondas que se propagam no espaço.
As ondas gravitacionais estão para a gravidade, assim como a luz, uma onda eletromagnética, está para o magnetismo e a eletricidade, forças capazes de gerar luminosidade.
No laboratório LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser), fundado em 1992 pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts, foi descoberto um pequeno “ruído” causado por uma força gravitacional proveniente da colisão de dois buracos negros, um de massa 36 vezes maior que o Sol e outra 29 vezes maior, distantes há 1,3 bilhões de anos-luz de nós.
Oscilação sutil
A detecção de ondas gravitacionais, porém, requer aparelhagem capaz de perceber oscilações muito mais sutis do que a luz. O Ligo consiste em dois enormes detectores de cerca de 4 km de extensão nos estados de Washington e Louisiana, nos EUA, operando simultaneamente.
O Ligo em si começou a funcionar em 2002, depois de outros experimentos iniciais, e sua sensibilidade vem sendo aprimorada desde então.
Os buracos negros em colisão detectados pelo experimento são essencialmente estrelas mortas que implodiram dentro de sua própria força gravitacional. Esses objetos são escuros porque têm uma força de atração de gravidade tão grande que capturam até a luz.
O custo do projeto Ligo foi estimado em US$ 620 milhões. O projeto foi uma iniciativa conjunta do Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia) e do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts).
No Brasil, físicos do Inpex (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e do IFT-Unesp (Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual Paulista) participaram do projeto.
Entenda as ondas gravitacionais:
I - Na teoria da Relatividade de
Einstein, o espaço e o tempo são uma coisa só: o espaço-tempo;
II - O espaço-tempo, para a
Relatividade, não é uma entidade fixa, mas maleável;
III - Quando um astro de grande
massa oscila, sua gravidade cria ondas no espaço-tempo, da mesma forma que um
barco chacoalhando cria ondas na água;
IV - Essas ondas gravitacionais,
porém, são minúsculas, com milionésimos de milionésimos de milímetros
O Ligo foi capaz de capturar pela primeira vez a oscilação de ondas gravitacionais. A fonte das ondas detectadas pelo experimento eram dois buracos negros que giravam em torno um do outro e colidiram.
A descoberta é importante porque consolida a teoria de Einstein e porque astrônomos podem agora estudar alguns fenômenos que não são visíveis pela luz.
Para Stephen Hawking, a comprovação da existência das ondas gravitacionais são um divisor de águas para a astrofísica. “São a confirmação de muito trabalho teórico, incluindo a Teoria Geral da Relatividade de Einstein, que previu ondas gravitacionais”, afirmou o físico britânico.
A magnitude do projeto e a importância das ondas gravitacionais para a compreensão atual da física sobre a natureza do espaço são fatores que devem pesar na concessão de um prêmio Nobel aos físicos que elaboraram o experimento.
Tecnologia de precisão
O Ligo é composto de interferômetros, que são conjuntos de espelhos e filtros de luz desviando feixes de laser até um detector. As ondas gravitacionais são percebidas por meio de fracas vibrações que causam no espaço-tempo, fazendo os espelhos oscilarem.
Como os componentes de cada interferômetro estão afastados por mais 4 km de distância, uma ínfima vibração nos espelhos faz a frequência do laser se desalinhar, revelando o efeito das ondas gravitacionais sobre esses objetos.
Para evitar que o experimento sofresse com a vibração e ruído normal presentes no solo, os cientistas construíram os interferômentros em um sofisticado sistema de pêndulos para absorver esses impactos. O físico Odylio Aguiar, do Inpe, participou do projeto dos amortecedores na atual configuração do Ligo.
Para evitar que ruído fosse considerado sinal, além disso, o Ligo construiu dois interferômetros muito distantes um do outro, um em Washington e outro na Louisiana. Assim, os cientistas sabiam que se ambos capturassem o mesmo sinal sob um determinado intervalo de tempo, a detecção dificilmente poderia ser atribuída a vibrações espúrias.
O experimento operou inicialmente de 2002 a 2010, porém sem captar nenhum sinal. Depois de aprimoramentos feitos para aumentar sua sensibilidade, porém, o Ligo capturou um evento interessante, poucos dias depois de ter sido religado.
Sinal e ruído
Mesmo com toda a parafernália experimental, separar o sinal de ruídos que afetavam o experimento não era algo simples.
O físico Riccardo Sturani, da Unesp, trabalhou por oito anos com a equipe responsável por filtrar os sinais do Ligo.
"A detecção em 14 de setembro foi inesperada porque o Ligo já tinha tomado dados no passado e tinha acabado de recomeçar os trabalhos", afirmou. "Mesmo com uma sensibilidade três vezes melhor, a previsão teórica sobre as fontes dos sinais de ondas gravitacionais não era muito promissora."
Segundo Sturani, outros grandes experimentos
similares ao Ligo devem começar a operar nos próximos anos, e isso permitirá
aos cientistas fazer coisas como localizar fontes das ondas gravitacionais com
mais precisão.
Astrônomos não foram capazes de localizar ainda onde ocorreu a colisão de buracos negros detectada pelo experimento, porque para isso seriam necessários três grandes interferômetros, e o Ligo só possui dois. A única coisa que se sabe é que o evento detectado ocorreu no céu do hemisfério sul.
A possibilidade de observar o céu em ondas gravitacionais agora, e não apenas em ondas eletromagnéticas, como a luz, abre a perspectiva de descoberta de fenômenos antes invisíveis para os astrônomos. "É como se você pudesse ouvir depois de uma vida de surdez", afirmou.
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