7 respostas para você entender as ondas gravitacionais como um físico

O Prêmio Nobel de Física deste ano foi dividido em duas partes: metade para Rainer Weiss, e a outra metade, a ser compartilhada por Barry C. Barish e Kip S. Thorne, todos membros da Colaboração LIGO/VIRGO, pela primeira captação de ondas gravitacionais da história, realizada pelo detector LIGO, em 2015. Weiss recebe um quinhão maior do prêmio por seu pioneirismo na busca por essas ondas. Abaixo, apresentamos sete fatos essenciais sobre a descoberta e seu significado:

1 — O que são ondas gravitacionais? 

São perturbações do espaço-tempo. De acordo com a Teoria da Relatividade Geral apresentada por Albert Einstein em 1915, espaço e tempo não existem separadamente, mas compõem sistema conjunto de quatro dimensões, o espaço-tempo. A presença de matéria ou energia deforma esse espaço-tempo, e é essa deformação que sentimos e percebemos como sendo a força da gravidade. Ondas gravitacionais são deformações do espaço-tempo que surgem quando um corpo dotado de massa sofre aceleração. 

2 — O que há de tão especial nelas? 

Ondas gravitacionais eram uma das últimas previsões teóricas da Relatividade Geral que ainda não haviam sido confirmadas por observações empíricas. O próprio Einstein chegou a acreditar que essas ondas talvez fossem apenas uma ficção matemática criada pela teoria, e não um fenômeno real. A detecção demonstra, mais uma vez, a força de seu trabalho. 

3 — Certo, mas e na prática? 

Ondas gravitacionais abrem uma nova janela para a observação do Universo. A astronomia sempre dependeu muito do espectro eletromagnético para ver o que acontecia no céu – durante milênios só havia como captar a luz comum, e a partir do século passado começaram a surgir telescópios capazes de ampliar esse quadro, sondando o espaço nas faixas do rádio, raios-X, raios gama, infravermelho. Apenas muito mais recentemente um outro tipo de partícula vinda do espaço, o neutrino, passou a ser detectada. 

Assim como os neutrinos, ondas gravitacionais não partem do espectro eletromagnético, e por isso são capazes de atravessar obstáculos que bloqueiam essas radiações, além de revelar fenômenos até então inobserváveis. Espera-se o nascimento de uma era de “astronomia gravitacional”. 

4 — Como as ondas foram finalmente detectadas? 

O Prêmio Nobel deste ano reconhece a detecção feita pelo Observatório LIGO, baseado nos Estados Unidos. LIGO é a sigla em inglês para Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser. A despeito do nome, LIGO não é um telescópio, mas quatro túneis de 4 km de comprimento cada. Os túneis estão dispostos em pares perpendiculares, um par a 3 mil quilômetros do outro. 

Em cada par de túneis, um feixe de laser é emitido e dividido em duas partes: cada uma segue por um túnel, bate num espelho e retorna ao ponto de origem. Em condições normais, as duas metades do feixe devem se reencontrar na origem no mesmo instante, cancelando-se mutuamente. Se uma onda gravitacional passar pelo sistema, no entanto, o espaço-tempo por onde os lasers viajam terá sido “enrugado” por uma fração de segundo, o que significa que um dos feixes terá viajado uma distância diferente da do outro – e o cancelamento na origem não acontece. Esta é a detecção. A primeira feita pelo LIGO aconteceu em 14 de setembro de 2015. 

5 — Qual a fonte da primeira onda encontrada? 

Ondas gravitacionais são muito tênues, por isso apenas as produzidas por fenômenos extremos têm alguma chance de serem captadas na Terra. A onda detectada pelo LIGO em 2015 veio de uma colisão entre dois buracos negros, ocorrida a 1,3 bilhão de anos-luz de distância. Chamado de GW 150914, o evento envolveu astros com 29 e 36 massas solares, e o buraco negro resultante tem 62 massas solares, o que significa que energia equivalente a três vezes a massa do nosso Sol foi dispersada sob a forma de ondas gravitacionais. 

6 — Existem outros observatórios de ondas gravitacionais? 

Sim. O LIGO tem uma instalação-irmã, chamada VIRGO, baseada na Itália, que começou a funcionar em agosto deste ano. No Brasil, em 2006, teve início um experimento chamado Gráviton, em que uma esfera metálica é mantida estável, isolada e resfriada a uma temperatura próxima ao zero absoluto. A eventual passagem de uma onda gravitacional deve causar vibrações inesperadas nessa “antena”, batizada com o nome do físico brasileiro Mario Schenberg. Índia e Japão também têm detectores em construção. 

7 — Outras ondas já foram descobertas, depois da primeira? 

Sim. O LIGO já captou mais dois eventos, e em agosto deste ano uma onda captada pelo LIGO foi confirmada no LIGO, marcando a primeira detecção conjunta dos dois sistemas.