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O que são ondas gravitacionais?

Sete perguntas e respostas para entender a descoberta desta quinta feita pelo instrumento LIGO

As ondas gravitacionais são vibrações no espaço-tempo, o material do qual é feito o universo. Em 1916, Albert Einstein propôs, em sua Teoria Geral da Relatividade, que os corpos mais violentos do cosmo liberam parte da sua massa em forma de energia através dessas ondas. O físico alemão imaginou que não seria possível detectá-las porque elas se originam muito longe e seriam imperceptíveis ao chegar à Terra. Nesta quinta-feira, porém, um grupo de pesquisadores divulgou a primeira detecção dessas ondas.

Como as ondas gravitacionais se comportam?

Elas são comparáveis às ondas que se deslocam na superfície de um lago ou com o som no ar. As ondas gravitacionais distorcem o tempo e o espaço e, em teoria, viajam à velocidade da luz. Sua passagem pode modificar a distância entre os planetas, embora muito ligeiramente. Como explica Kip Thorne, um dos pioneiros na busca por essas ondas, esses efeitos devem ser especialmente intensos nas proximidades da fonte, onde são produzidas as “tempestades selvagens” que distorcem o espaço e aceleram e desaceleram o tempo.

Ondas gravitacionais distorcem o tempo e o espaço e viajam à velocidade da luz

É possível escutar essas ondas?

As frequências de algumas ondas coincidem com as do som, por isso podem ser traduzidas para serem escutadas em forma de suaves assovios.

De onde vêm?

As explosões estelares de supernovas, os pares de estrelas de nêutrons e outros eventos produzem ondas gravitacionais que têm mais energia do que bilhões e bilhões de bombas atômicas. A fusão de dois buracos negros supermaciços é a mais poderosa fonte dessas ondas, mas esses fenômenos não são muito frequentes, e, além disso, acontecem a milhões de anos-luz do Sistema Solar. Quando as ondas atingem nossa vizinhança, são tão fracas que detectá-las representa um dos maiores desafios tecnológicos enfrentados pela humanidade.

Esse fenômeno permite saber o que está acontecendo onde até agora não víamos nada – em um buraco negro, por exemplo

Por que são importantes?

Abrem uma nova era na compreensão do universo. Até agora, toda informação que temos do cosmo (apenas sabemos 5%) é pela luz em seus diferentes comprimentos de onda: visível, infravermelha, ondas de rádio, raios-X... As ondas gravitacionais nos dão mais um sentido e permitem saber o que está acontecendo onde até agora não víamos nada — em um buraco negro, por exemplo. A intensidade e frequência das ondas permitem reconstruir o que aconteceu no ponto de origem, se foi causado por uma estrela ou por um buraco negro, quais as propriedades desses corpos, e compreender melhor essas tempestades no espaço-tempo mencionadas por Thorne. Também permitem saber se a Teoria Geral da Relatividade permanece válida nos intervalos de pressão e gravidade mais intensa que podem ser concebidos. Detectar essas ondas pela primeira vez é um achado histórico, que provavelmente receberá um Prêmio Nobel de Física.

O que se observou?

De acordo com o anúncio, o Observatório de Interferometria a Laser de Ondas Gravitacionais (LIGO), nos EUA, captou as ondas produzidas pela fusão de dois buracos negros. Seria a primeira vez que ondas gravitacionais são captadas, e isso ocorre justamente um século depois de Einstein antever sua existência. Até agora, só havia provas indiretas dessas ondas. Em 1978, Rusell Hulse e Joseph Taylor demonstraram que um pulsar binário (duas estrelas orbitando juntas, uma delas um pulsar) estavam alterando ligeiramente sua órbita devido à liberação de energia em forma de ondas gravitacionais, numa quantidade idêntica à prevista pela Teoria da Relatividade. Os dois cientistas receberam o Nobel de Física em 1993 por esse trabalho. Em 2003, foi confirmado que o mesmo acontece com outra dupla estelar, neste caso de dois pulsares.

O LIGO é capaz de identificar variações equivalentes a um décimo de milésimo do diâmetro de um núcleo atômico, a medição mais precisa já obtida por um instrumento científico

O que é o LIGO?

É um grande instrumento óptico de precisão desenvolvido pelos institutos tecnológicos da Califórnia (Caltech) e Massachusetts (MIT) e pela Colaboração Científica LIGO, que tem a participação de aproximadamente 1.000 cientistas de 15 países, inclusive o Brasil. A instalação consta de dois detectores a laser com formato de L. Cada braço desse L tem quatro quilômetros, e há dois detectores idênticos, um na Louisiana e outro no Estado de Washington, a 3.000 quilômetros um do outro.

Estes detectores estão desde 2002 procurando ondas gravitacionais. Em setembro de 2015, começou a funcionar o LIGO Avançado, uma versão aprimorada do detector que multiplica por 10 a sensibilidade dos braços de laser e, portanto, a distância à qual podem captar ondas gravitacionais. Atualmente, é possível detectar alterações nos braços de laser equivalentes a um décimo de milésimo do diâmetro de um núcleo atômico, a medição mais precisa já obtida por uma ferramenta científica, segundo o LIGO.

São necessários pelo menos dois detectores para evitar falsos positivos causados por qualquer vibração local, como terremotos, tráfego ou flutuações do próprio laser. Diferentemente desses fatores, uma onda gravitacional causa uma perturbação exatamente igual na Louisiana ou em Washington.

O que acontecerá agora?

A busca pelas ondas gravitacionais está apenas começando. Com a configuração atual, o LIGO pode enxergar a uma distância de aproximadamente um bilhão de anos-luz da Terra, mas sua equipe já prepara novas melhorias tecnológicas para aumentar sua sensibilidade. Além disso, no segundo semestre deste ano deve entrar em funcionamento uma versão aprimorada do detector europeu VIRGO, semelhante ao LIGO, e a Agência Espacial Europeia desenvolve atualmente o LISA, um observatório espacial de ondas gravitacionais. O LIGO, por sua vez, alcançará sua máxima potência em 2020.

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