O que é isso?
Na quinta-feira (11/02) às 10h30, a National Science Foundation em Washington reunirá cientistas do Caltech, MIT e Scientific Collaboration do LEU para anunciar à comunidade científica os resultados dos esforços feitos pelo Observatório de Ondas Gravitacionais Interferométricas a Laser (LIGO) para detectar ondas gravitacionais .
Como resultado de alguns rumores muito específicos que visam a possível descoberta dessa ondulação indescritível no espaço sideral, há grandes esperanças de que a cooperação científica do LIGO finalmente acabe com o raciocínio febril e anuncie a descoberta de ondas gravitacionais.
Mas por que isso é tão importante? E o que são "ondas gravitacionais"?
Ondas gravitacionais no seu sentido mais generalizado são pulsações no espaço exterior. Albert Einstein assumiu um pouco mais de 100 anos atrás, essas pulsações carregam energia gravitacional da aceleração de objetos massivos no espaço. Podemos imaginar ondas de gravidade como ondulações na superfície de uma lagoa; jogue uma pedra na água e as ondas passarão pela superfície de um objeto caído. As ondas gravitacionais são semelhantes: enfrente dois buracos negros (como um exemplo) e a "ondulação" irá para o espaço, transferindo energia do local de colisão à velocidade da luz. Não há observações comprovadas da presença de ondas gravitacionais, mas sua identificação não foi considerada possível ... até recentemente.
O que os torna?
Buracos negros são os objetos mais massivos e densos existentes no Universo e, provavelmente, são centros de atividade de ondas gravitacionais, especialmente quando colidem e se fundem. A fusão de buracos negros é considerada a chave para o mecanismo de crescimento desses gigantes gravitacionais. Quando duas galáxias fundem seus buracos negros centrais, muito pesados, começam a girar em espiral e colidem, formando um grande buraco negro. Neste caso, as ondas gravitacionais se originam de buracos negros em espiral antes de colidirem. Quanto mais objetos se aproximam, mais forte a energia gravitacional das ondas aumenta, levando mais e mais energia dos buracos negros para sua colisão, soando como um “sino” após a sua fusão. Outro fenômeno energético que gera uma rápida erupção de ondas gravitacionais é a supernova . Depois que uma estrela maciça fica sem combustível de hidrogênio, ela explode, formando uma enorme pressão gravitacional. Como resultado da explosão, ocorrerá uma pulsação de ondas gravitacionais, que atravessarão o espaço sideral.
Ondas gravitacionais também podem ser criadas girando objetos rapidamente, mas há um truque. Somente objetos rotativos assimétricos (isto é, não simétricos) podem emitir ondas gravitacionais de forma periódica. Por exemplo, uma estrela de nêutrons de rotação rápida com um acúmulo convexo de substâncias em um lado do hemisfério irá “despertar” o espaço-tempo para criar ondas gravitacionais. Entretanto, uma estrela de nêutrons perfeitamente simétrica não criará ondas gravitacionais. A maneira mais fácil de entender isso é imaginar uma bola oval girando na superfície de uma piscina; enquanto a bola está girando, cria ondas grandes na superfície da água. Uma bola redonda, por outro lado, criará ondulações sutis na superfície.
O Big Bang, presumivelmente, também causou um poderoso fluxo de ondas gravitacionais, na origem do Universo, cerca de 14 bilhões de anos atrás. No entanto, é improvável que essas ondas gravitacionais iniciais sejam detectadas, já que seu sinal é muito fraco no Universo moderno. Mas tentativas estão sendo feitas para detectá-las no “brilho de fundo” do Big Bang. Tal projeto é o telescópio BICEP2 no Pólo Sul, que está procurando por um tipo muito específico de polarização no fundo cósmico de microondas, presumivelmente causado por ondas gravitacionais primárias. Apesar dos recentes anúncios, esses sinais ainda não foram detectados.
Como podemos detectá-los?
Em 2002, o Observatório de Ondas Gravitacionais Interferométricas a Laser (LIGO) começou a trabalhar em uma tarefa específica: a detecção direta de ondas gravitacionais passando pelo nosso volume local de espaço. As ondas gravitacionais são transmitidas no espaço exterior e podem ser detectadas em qualquer parte do céu, à noite e dia, passando por nebulosa, estrelas e até mesmo planetas sólidos. Essas ondas, teoricamente, passam constantemente pelo espaço sideral, viajando com absoluta liberdade. Essas ondas podem estar em toda parte, mas seu efeito é surpreendentemente fraco, e o LIGO foi projetado para investigar sua possível existência. O LIGO consiste de duas estações de observação localizadas a uma distância de 2 mil milhas uma da outra - uma em Washington e outra em Louisiana. Ambas as estações são idênticas e têm dois longos túneis em forma de L. Cada túnel tem 2,5 milhas de comprimento. O ângulo “L” contém um sofisticado laboratório óptico que usa lasers para detectar pequenas flutuações na distância causadas pela passagem de uma onda gravitacional. Por repetidamente saltando lasers ao longo do túnel e, em seguida, comparando feixes, o equipamento LIGO pode detectar a menor mudança de fase. Essa técnica extremamente precisa é chamada de interferometria. Qualquer mudança de fase pode significar uma ligeira curvatura do espaço-tempo - uma pequena mudança na distância, equivalente a 1/1000 da largura de um próton.
Até agora, o LIGO não detectou nenhum sinal de ondas gravitacionais, mas com a atualização para o Advanced LIGO, a situação pode mudar.
Ter duas estações é crucial para o Advanced LIGO. Se uma estação detecta uma mudança no espaço-tempo e a outra não, os cientistas podem eliminar a propagação das ondas gravitacionais. Esses falsos alarmes podem ser causados por vibração de um caminhão que passa ou em ventos fortes durante uma tempestade. Somente se duas estações registrarem o mesmo evento, a existência de um sinal de onda gravitacional será confirmada.
Outros detectores de ondas gravitacionais terrestres, como Virgo (Itália) e GEO 600 (Alemanha), também usam interferometria para capturar essas pequenas oscilações do espaço-tempo. Recentemente, a missão LISA Pathfinder foi lançada para testar as principais tecnologias usando o interferômetro de espaço de última geração Evolution Laser Interferometer Space Antenna (eLISA), que a Agência Espacial Européia planeja lançar em 2034.
Por que eles são tão importantes?
A confirmação da detecção de ondas gravitacionais será a fusão final da física teórica e do desenvolvimento tecnológico. As ondas gravitacionais nascem diretamente da teoria geral da relatividade de Einstein, que descreve a natureza do espaço e do tempo. É surpreendente que há 100 anos, um ano por ano, Einstein semeou sementes para esses distúrbios no espaço-tempo, apenas para que em um século pudéssemos desenvolver a tecnologia e tentar realmente detectá-las. Sua descoberta confirmará outra suposição da teoria geral da relatividade e nos ajudará no futuro a encontrar respostas para alguns dos enigmas mais desagradáveis enfrentados pelos astrofísicos e cosmólogos.
A detecção direta de ondas gravitacionais é, sem dúvida, um evento digno do Prêmio Nobel e a comunidade científica não tem dúvidas de que essa conquista será equivalente à descoberta do bóson de Higgs em 2012 e possivelmente até com o conceito de Edwin Hubble sobre a expansão do Universo em 1929.
É curioso que ele sugeriu que diferentes fenômenos cósmicos criarão ondas gravitacionais de diferentes freqüências. A astronomia moderna se concentra no uso do espectro eletromagnético para explorar o Universo. Tradicionalmente, a parte visível da luz do espectro eletromagnético era usada pelos astrônomos para abrir planetas e até olhar para as galáxias vizinhas. Com o desenvolvimento de métodos astronômicos e a modernização da tecnologia, os astrônomos começaram a estudar ondas de diferentes freqüências, como raios-X, para ver eventos de energia em torno de buracos negros e radiação infravermelha, para investigar as nebulosas formadoras de estrelas.
Mas a detecção direta de ondas gravitacionais será uma mudança de paradigma. Com um número suficiente de detectores de ondas gravitacionais, poderemos “ver” objetos e objetos que permanecem invisíveis ao espectro eletromagnético. Dois buracos negros colidindo, por exemplo, não podem criar muita radiação eletromagnética, mas podem criar um enorme sinal de ondas gravitacionais. E, como a radiação eletromagnética, a freqüência das ondas gravitacionais descreverá a natureza dos fenômenos que as geram. Em última análise, seremos capazes de criar um mapa gravitacional do Universo próximo com fenômenos temporais, como supernovas, e pulsações periódicas da rotação de buracos negros. Ondas gravitacionais astronômicas criarão uma revolução em nossa percepção do universo.
