Sobre ondas gravitacionais e buracos negros: a descoberta que revolucionou o mundo científico

Após 100 anos dos trabalhos de Albert Einstein, em fevereiro deste ano cientistas finalmente confirmaram a existência de ondas gravitacionais

Por: Barbara Cavalcanti (cavalcantibarbara4@gmail.com)
Simulação feita em computador de como seria a fusão de dois buracos negros, feita com dados do Observatório Interferométrico de Ondas Gravitacionais (LIGO) Imagem: (LIGO/Caltech/VEJA)
Simulação feita em computador de como seria a fusão de dois buracos negros, feita com dados do Observatório Interferométrico de Ondas Gravitacionais (LIGO) Imagem: (LIGO/Caltech/VEJA)

Em fevereiro desse ano, cientistas do LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) confirmaram a existência de ondas gravitacionais. A descoberta era parte final do projeto que teve início há cerca de 100 anos com Albert Einstein em sua Teoria da Relatividade.

Einstein havia proposto que corpos com massa, quando acelerados, emitem ondas gravitacionais. No entanto, até esse ano sua confirmação era apenas teórica. Esse efeito, porém, é muito fraco: somente corpos com grande massa, sob fortes acelerações, conseguem emitir ondulações em grau razoável. As maiores ondas se originam de eventos gigantescos do Universo como explosões estelares e fusão de buracos negros. As ondas geradas carregam consigo características do local de origem, o que possibilitaria o estudo de localidades remotas no Universo, ainda inalcançáveis para o ser humano.

As ondulações detectadas foram provenientes da colisão de dois buracos negros, com, aproximadamente, 29 e 36 massas solares (unidade de medida de massa, igual à massa do Sol) e a taxa de energia liberada pelo evento foi 25 vezes maior do que o poder de todas as estrelas do Universo juntas. 

A famosa teoria ainda aborda conceitos famosos, como o da gravidade, a qual, segundo o físico, seria consequência de oscilações no espaço-tempo. Em uma simples analogia, a gravidade seria resultado da deformação que uma grande bola maciça causa em uma rede extensa: todos os corpos próximos a esse grande corpo são atraídos para próximo dela.

Imagem: MiniLua
Imagem: MiniLua

A confirmação da existência de ondas gravitacionais só foi possível devido a um moderno complexo de observação localizado nos Estados Unidos, o LIGO, Observatório Avançado de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser. 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. O custo do projeto LIGO foi estimado em US$ 620 milhões e foi uma iniciativa conjunta do Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia) e do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts). 

LIGO Livingston Observatory, Louisiana imagem: J.Giaime
LIGO Livingston Observatory, Louisiana imagem: J.Giaime


Deve-se mencionar também que, no Brasil, existe o detector Mario Schemberg, que começou a funcionar em 8 de setembro de 2006, no Instituto de Física da USP. 

Para o melhor entendimento do que aconteceu, o pesquisador do INPE (Instituto de Pesquisas Espaciais) da USP e um dos criadores do detector Mario Schemberg citado acima, Odylio Denys de Aguiar, esclareceu algumas dúvidas cruciais para a Jornalismo Júnior.

J.Jr.: O que exatamente são ondas gravitacionais?

Odylio Denys de Aguiar: Para responder a esta pergunta precisamos entender a mudança que Einstein introduziu no nosso conhecimento sobre a Gravidade.

Para Newton a Gravidade era uma força que agia à distância. Se uma massa mudasse a sua posição todo o Universo receberia esta informação instantaneamente. O espaço era infinitamente rígido. Já Einstein afirmava que nenhum informação poderia viajar à velocidade maior que a da luz. O espaço, para Einstein, formava com o tempo uma entidade chamada ‘espaço-tempo’, que apesar de muito rígida, não era infinitamente rígida. As massas, principalmente as grandes, causariam deformação nesse ‘espaço-tempo’, e este ‘espaço-tempo’ deformado produziria os efeitos atrativos. Se uma massa mudasse a sua posição, esta informação seria transmitida por ondulações nesse ‘espaço-tempo’ que viajariam à velocidade da luz. Einstein chamou estas ondulações de Ondas Gravitacionais.

J.Jr.: Como os cientistas detectaram essas ondas? 

“Os cientistas detectaram essas ondas por meio de dois detectores ‘LIGO Avançado’ (aLIGO) localizados um em Livingston, no estado da Louisiana, e o outro em Hanford, no estado de Washington. Estes detectores possuem feixes de laser que percorrem cerca de 24 vezes a distancia de 4 km que separa dois espelhos colocados em cada um de dois braços ópticos horizontais e perpendiculares entre si, e em ultra-vacuo (cerca de um milhão de milhão de vezes menor que a pressão da atmosfera). Quando a onda detectada em 14 de setembro de 2015 passou, ela modificou a distância entre os espelhos de cada um dos dois braços ópticos, de cada um dos dois detectores, de uma distância 250 vezes menor que o diâmetro de um próton. Essa modificação ínfima na distância entre os espelhos pôde ser detectada por meio de uma medida precisa de interferência entre os dois feixes de cada detector. Para que isto fosse possível, os espelhos foram fortemente (até um grau muito alto) isolados das vibrações do chão do laboratório e de todas as fontes possíveis de ruído. Quando não conseguiam isolar uma fonte de ruído, sensores eram montados para monitoráa-la e verificar se os dados foram afetados por ela nos momentos em que ela foi forte.”

Imagem: G1
Imagem: G1

J.Jr.: Por que demoraram tanto para essa detecção? 

Porque era um problema tecnológico, que necessitava de tempo e dinheiro para serem cada vez mais melhorados os dispositivos de amplificação do sinal e diminuição dos ruídos possíveis de influenciar na medida. De 1970 até 2015 haviam sido investidos cerca de 1,1 bilhões de dólares nessa melhoria de tecnologia.

J.Jr.: Qual a relação entre ondas gravitacionais e buracos negros

Buracos negros são fortes emissores de ondas gravitacionais quando perturbardos pela queda ou órbita de objetos astrofísicos em volta deles.

J.Jr.: Qual a importância dessa confirmação sobre a existência de ondas gravitacionais? 

Por ser uma detecção direta, ela definitivamente confirma a existência de ondas gravitacionais e a existência de buracos negros.”
Com a incrível descoberta, criou-se um clima de expectativa quanto ao Nobel de física. Espera-se que o prêmio seja destinado a Kip Thorne, do Caltech, e Rayner Weiss, do MIT, idealizadores da tecnologia usada no experimento.


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