Ondas gravitacionais foram detectadas diretamente, pela primeira vez na história!

A colisão de dois buracos negros distorceu o espaço-tempo, e foi detectada aqui na Terra

As ondas gravitacionais, as ondulações cósmicas que distorcem o espaço-tempo, foram diretamente detectadas pela primeira vez na história!

Em um anúncio feito no dia 11 de fevereiro de 2016, os pesquisadores do Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) relataram a detecção de ondas gravitacionais. O sinal captado pelo LIGO veio da colisão de dois buracos negros, e foi detectado no dia 14 de setembro de 2015 por detectores gêmeos na Louisiana e em Washington, nos EUA.

Localização dos Observatórios LIGO, nos EUA.
Créditos: Karl Tate

Esta colisão cósmica enviou ondas gravitacionais que fluíram na velocidade da luz, causando ondulações no tecido do espaço-tempo, semelhante à forma como uma pedra perturba a água de uma lagoa quando é arremessada em seu centro. Os pesquisadores disseram que a colisão ocorreu a 1,3 bilhões de anos atrás, entre buracos negros com 29 e 36 vezes mais massa do que o Sol, respectivamente. Durante o ocorrido, cerca de três vezes a massa do Sol foi convertida em ondas gravitacionais em menos de um segundo, gerando uma potência de pico de aproximadamente 50 vezes a de todo o Universo visível, segundo os cientistas.

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"Nossa observação de ondas gravitacionais cumpre uma meta ambiciosa de cinco décadas, que era a de detectar esse fenômeno diretamente, e assim, compreender melhor o Universo, e claro, o legado de Einstein no 100º aniversário de sua teoria da relatividade geral", disse o diretor executivo de laboratório do LIGO, David Reitze, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos EUA.

A detecção das ondas gravitacionais é um marco na astronomia e astrofísica. Ao contrário de ondas de luz, as ondas gravitacionais não ficam distorcidas ou alteradas por interações com a matéria, enquanto se propagam pelo espaço. Ela carregam a informação "pura" sobre os objetos e eventos que os criaram, de acordo com pesquisadores do LIGO.

Provável localização dos buracos negros que se colidiram.
Créditos: National Science Foundation

"Com esta forma completamente nova de examinar objetos e fenômenos astrofísicos, as ondas gravitacionais irão nos ajudar a abrir uma nova janela sobre o Universo, fornecendo aos astrônomos os seus primeiros vislumbres de maravilhas inéditas e invisíveis, aumentando gradiosamente a nossa compreensão da natureza do espaço e do tempo em si ", escreveram os membros da equipe LIGO em uma descrição on-line do projeto.

As ondas gravitacionais foram inicialmente previstas por Albert Einstein em sua famosa teoria da relatividade geral de 1916. Um dos pontos-chave da relatividade geral diz que o espaço e o tempo não são duas coisas separadas, mas sim estão ligados entre si em um único tecido: o espaço-tempo. Objetos maciços, como estrelas, esticam e curvam este tecido, assim como uma bola de boliche distorce uma lona. Isso faz com que objetos (como planetas) e até mesmo a luz, tomem percorram caminhos curvos em torno desses corpos mais massivos.

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As ondas gravitacionais afetam este tecido, causando distorções no espaço-tempo. Estudos anteriores confirmaram a existência de ondas gravitacionais, que são geradas pela aceleração (ou desaceleração) de objetos maciços, mas através de métodos indiretos. A descoberta do LIGO é a primeira detecção direta desse fenômeno enigmático.


A detecção das ondas gravitacionais

O observatório LIGO pode detectar ondas gravitacionais relativamente fortes, que são criadas por acontecimentos dramáticos, como dois buracos negros que se encontram numa colisão, ou fusões de estrelas de nêutrons. O detector também pode encontrar ondas gravitacionais geradas por uma explosão de estrela, conhecida como supernova, segundo os pesquisadores.

Distinguir essas ondulações no espaço-tempo é um grande desafio. Como uma onda gravitacional passa através da Terra, e espreme o espaço em uma direção e estende-o em outra, o LIGO observa essa curvatura do espaço-tempo usando dois detectores em forma de L, sendo um localizado na Louisiana, e o outro em Washington.

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Cada braço de cada detector tem 4 km de comprimento. Perto do ponto em que os dois braços se encontram, um impulso de luz de laser é lançado para baixo de cada braço simultaneamente. Os pulsos viajam por essas extremidades e saltam para fora, num espelho na extremidade, e depois voltam perto do ponto de partida.

Instalação do Observatório LIGO em Washington, EUA.
Créditos: LIGO

Se uma onda gravitacional passa, ela vai comprimir um braço do detector e esticar o outro. Como resultado, o feixe de luz que viaja para baixo do braço esticado vai demorar um pouco mais para voltar ao ponto de partida do que o feixe de luz que viaja no braço que foi comprimido. Se o mesmo sinal é visto por ambos os detectores, os pesquisadores podem ter certeza de que o sinal é real, e não o resultado de condições ambientais em um dos locais. Gravar o sinal em dois locais diferentes também permite aos cientistas encontrar a fonte da onda gravitacional no céu por triangulação.

Apesar disso,a mudança no comprimento de cada braço é muito menor do que a largura de um núcleo atômico. Se o detector LIGO se estendesse desde o Sol até a estrela mais próxima, a Proxima Centauri, localizada a 40,14 trilhões de km de distância, uma onda gravitacional iria encolher o detector na largura de apenas um fio de cabelo humano, disse um dos cientistas responsáveis pela descoberta.

Gráfico nos mostra a detecção das ondas gravitacionais feita pelos dois observatórios LIGO.
Créditos: National Space Foundation

Esta não é a primeira vez que as ondas gravitacionais ganham as manchetes do mundo. Em 2014, pesquisadores usaram o telescópio BICEP2 na Antártida, e anunciaram a detecção de assinaturas de ondas gravitacionais à luz microondas que sobrou do Big Bang (conhecida como radiação cósmica de fundo). Mas esse resultado se desfez quando as observações do observatório espacial Planck da Europa mostrou que as alegadas assinaturas foram, provavelmente, apenas poeira espacial.

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A alegação da equipe LIGO de detecção direta de ondas gravitacionais, muito provavelmente será submetida a uma intensa pesquisa antes de ser aceita por toda a comunidade científica. Não existem outros experimentos que medem o mesmo tipo de ondas gravitacionais com a sensibilidade do LIGO, portanto, atualmente não há outra maneira de comparar os resultados em outro experimento.

O LIGO é operado por cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia e do MIT, e é financiado pelo Fundação Nacional de Ciência dos EUA, com 83 instituições em 15 países.

Fonte: Space / Physical Review Letters
Imagens: (capa-ilustração/divulgação) / Karl Tate / National Science Foundation / LIGO / National Space Foundation
12/02/16

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