ASTRONOMIA

Captado um sinal de ondas gravitacionais nunca visto

Detectores LIGO e Virgo captam duas colisões de buracos negros com estrelas de nêutrons, os astros mais densos do universo

Representação da fusão entre um buraco negro, no centro, e uma estrela de nêutrons.
Representação da fusão entre um buraco negro, no centro, e uma estrela de nêutrons.Instituto Max Planck

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Dois detectores de ondas gravitacionais na Europa e nos Estados Unidos captaram o sinal de um cataclismo cósmico que nunca havia sido observado: a colisão entre buracos negros e estrelas de nêutrons.

Os dois eventos detectados ocorreram há centenas de milhões de anos. Desde então, as ondulações que produziram no espaço-tempo estão viajando em direção à Terra à velocidade da luz. Há muitos anos, os físicos utilizaram as equações da relatividade geral de Albert Einstein e calcularam o tipo de onda gravitacional que um evento como esse produziria. Os dois sinais captados agora pelos detectores LIGO, nos Estados Unidos, e Virgo, na Europa, coincidem com as previsões feitas pelo físico alemão há um século.

As estrelas de nêutrons são objetos alucinantes. Quando uma estrela chega ao final de sua vida, é possível que desmorone sobre si mesma como um edifício descomunal até formar uma esfera cujo diâmetro é menor que o de uma cidade como Madri. Em seu interior, a matéria está tão comprimida que uma colherzinha de chá de estrela de nêutrons pesa o mesmo que todas as pessoas do planeta Terra. Esses objetos submetem a matéria a condições de pressão impossíveis de reproduzir em experimentos controlados. Acredita-se que no interior desses astros se formam enormes aglomerados de quarks, partículas elementares das quais são feitos os átomos. Poder observar o que, exatamente, acontece em seu interior seria uma das maiores descobertas da história da física.

Parte dos instrumentos do LIGO, nos EUA. CALTECH/MIT/LIGO LAB
Parte dos instrumentos do LIGO, nos EUA. CALTECH/MIT/LIGO LAB Caltech/MIT/LIGO Lab

Toni Font, membro da colaboração científica entre LIGO e Virgo que captou os sinais, explica: “Esta descoberta confirma pela primeira vez que existem sistemas binários formados por um buraco negro e uma estrela de nêutrons, e que podemos observá-los graças às ondas gravitacionais”.

A equipe captou as duas fusões em um período de 10 dias durante o mês de janeiro. Em uma delas, um buraco com uma massa nove vezes maior que a do Sol se chocou com uma estrela de nêutrons de 1,9 massa solar. Provavelmente esses dois corpos estavam orbitando um ao lado do outro havia dezenas de milhões de anos, mas o sinal captado é apenas da última parte, quando os dois colidiram, e dura poucos segundos. O cataclismo aconteceu em um lugar a 900 milhões de anos-luz da Terra, ou seja, seria necessário viajar à velocidade da luz durante 900 milhões de anos para alcançá-lo, algo completamente impossível para a tecnologia humana.

A segunda fusão ocorreu entre um buraco de massa seis vezes maior que a do Sol e uma estrela de nêutrons de 1,5 massa solar, que colidiram a cerca de um bilhão de anos-luz, ou seja, um bilhão de anos atrás, quando a vida unicelular mal estava começando a surgir na Terra.

Assim que captaram os dois sinais, os dois detectores lançaram um alerta internacional para que outros telescópios tentassem captar a possível luz produzida por esses cataclismos. Não viram nem um lampejo, o que faz muito sentido. Quando o buraco negro e a estrela de nêutrons não têm tamanhos muito diferentes, o buraco decompõe a estrela até ela se transformar em uma espécie de macarrão que fica girando até ser totalmente engolido. Nesse caso, é possível que seja emitido um clarão. Provavelmente foi isso que ocorreu em 2017, quando o LIGO detectou pela primeira vez ondas gravitacionais e luz de uma fusão de duas estrelas de nêutrons.

Já quando o buraco negro é muito maior do que a estrela, a fusão é repentina. “O buraco negro engole a estrela inteira de uma vez, sem decompô-la antes”, explica Font. “Parece que foi esse o caso nos dois eventos que captamos”, acrescenta o pesquisador. Os detalhes desses dois fenômenos foram publicados nesta terça-feira na Astrophysical Journal Letters.

As ondas gravitacionais são deformações do espaço-tempo — o material do qual é feito o universo. São semelhantes às ondulações que uma pedra provoca ao cair na água de um lago. A capacidade de medir essas flutuações previstas por Einstein dá à humanidade uma nova forma de observar o universo. Um dos principais objetivos dos observatórios envolvidos nesta descoberta será captar mais fusões mistas do mesmo tipo, especialmente as que também emitirem luz, pois fornecem muito mais informações, explica Juan Calderón, pesquisador do Instituto Galego de Física de Altas Energias e coautor do estudo. “Nestes dois casos não houve sinal eletromagnético, por isso podemos apenas intuir que um dos dois objetos envolvidos tem de ser uma estrela de nêutrons porque, teoricamente, é muito leve para ser outro buraco negro”, explica o físico. Quando a fusão emite raios X, gama ou qualquer outro sinal eletromagnético, isso permite “entender melhor como a matéria se comporta dentro da estrela de nêutrons, que é uma das grandes questões em aberto hoje na física”, ressalta Calderón. Essas fusões permitem verificar se as ondas gravitacionais e a luz viajam na mesma velocidade, como previu Einstein.

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