ONDAS GRAVITACIONAIS
A Teoria da Relatividade Geral explica a força gravidade.
Para entender as ondas gravitacionais precisamos entender um pouco de relatividade e da gravidade.
A gravidade, para a Teoria da Relatividade, é entendida como uma curvatura criada no espaço-tempo em virtude da presença de um corpo massivo. Na figura abaixo, podemos observar uma malha quadriculada, representando o espaço-tempo, que é curvada pela presença de dois corpos. A atração gravitacional é compreendida como um movimento que ocorre como resultado dessa curvatura.
Agora imagine que os corpos da imagem anterior colidam-se. Em virtude dessa colisão, vibrações surgiram em nossa malha espaço-tempo, gerando ondas gravitacionais, que, comparadas às demais radiações existentes, são extremamente sutis e de difícil detecção – isso porque a gravidade é a mais fraca das forças fundamentais (força magnética, força elétrica, forças nucleares e força gravitacional). Precisamos entender que as ondas gravitacionais não estão propagando-se no espaço-tempo, mas que a própria “malha” espaço-tempo está oscilando em razão da interação entre corpos massivos.
A Física Quântica, as outras três forças da natureza: a eletromagnética, que mantém os elétrons orbitando os núcleos dos átomos, a força nuclear fraca, envolvida nos processos de radiação, que é quando o núcleo atômico “se despedaça” devagar, e a força nuclear forte, que mantém os quarks unidos para formar os prótons e nêutrons dos núcleos. Essas três forças dos domínios da Física Quântica são todas transmitidas por meio de partículas: a eletromagnética pelos fótons; a força nuclear forte pelos glúons; e a força nuclear fraca pelos chamados bósons W e Z”.
Tabela com as partículas elementares da
física
A gravidade, porém, não tem uma partícula associada a ela (a Relatividade Geral explica a gravidade como uma distorção do espaço e do tempo, e pronto).
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| Albert Einstein previu a formação de ondas gravitacionais em 1915. |
As ondas gravitacionais primordiais são aquelas que resultaram na origem do Universo, conforme é explicado na Teoria do Big Bang.
Foi Albert Einstein (1879-1955) que sugeriu a existência das ondas gravitacionais na Teoria da Relatividade Geral.
Em 1915, Einstein havia concluído que a gravidade era uma deformação do espaço-tempo.
O físico desenvolveu a base teórica, mas não conseguiu comprovar a existência das ondas gravitacionais. Apenas 100 anos depois, a comunidade científica comemorou a detecção dessas ondas.
O que são ondas gravitacionais?
Quando os objetos cósmicos se movem ou colidem, eles criam uma ondulação na estrutura do espaço-tempo, que se espalha como uma onda na água do lago. Este fenômeno é denominado onda gravitacional.
Na física, as ondas gravitacionais são ondulações na curvatura do espaço-tempo que se propagam como ondas, viajando para o exterior a partir da fonte. Elas são incrivelmente rápidas, viajam à velocidade da luz e espremem e esticam qualquer coisa em seu caminho ao passarem.
As ondas gravitacionais estendem o espaço-tempo em uma direção e o comprimem em outra.
Albert Einstein teoricamente previu a existência de ondas gravitacionais, como parte de sua teoria da relatividade geral, em 1915.
Einstein calculou que, ao chegar à Terra, essas ondas seriam tão fracas que nunca poderiam ser detectadas.
Em 2015, porém, foi realizada a primeira detecção de uma onda gravitacional.
As ondas gravitacionais nos permitem ter uma visão mais ampla do universo, pois não limitam as observações a objetos que emitem luz ou partículas, mas nos permitem detectar objetos a partir das perturbações que geram no espaço-tempo.
Por outro lado, a mera existência de ondas gravitacionais é um indício poderoso de que, sim, existe uma partícula “transmissora” de gravidade. Se descobrirem mesmo essa partícula (que os teóricos batizaram de “gráviton”), isso ajudaria a “unificar a física”. A Relatividade Geral e a Física Quântica, ou seja, unificação das quatro forças fundamentais da natureza.
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| Ilustração da fusão entre uma estrela de nêutrons e um buraco negro gerando uma onda gravitacional |
COMO SURGEM AS ONDAS GRAVITACIONAIS?
As ondas gravitacionais mais intensas são produzidas em eventos cosmológicos de grandes escalas envolvendo corpos celestes grandemente massivos.
Colisões de buracos negros, origem de uma supernova a partir da “morte” de uma estrela ou órbitas de estrelas extremamente densas, como as anãs brancas ou as estrelas de nêutrons, em volta umas das outras são alguns desses eventos.
COMO FORAM DETECTADAS?
Uma onda gravitacional que passa através do LIGO, diretamente sobre ele, achata as extremidades ao longo de uma direção, enquanto as expande ao longo de outra direção. O laser adentra as extremidades ao mesmo tempo, reflete nos espelhos e é recombinado. O laser retorna em um outro tempo, uma vez que o espaço são diferentes, no momento no qual as ondas gravitacionais passam pelo LIGO.
A observação das ondas gravitacionais foi feita por meio de dois enormes detectores que ficam um em Washington e outro em Louisiana, nos Estados Unidos. Os aparelhos de observação LIGO (Laser interferometer gravitational-Wave observatory – Observatório de ondas gravitacionais por interferômetro a laser) funcionam a partir de interferômetros com quatro quilômetros de comprimento, que são conjuntos de espelhos que desviam feixes de laser até colidirem em um detector e são extremamente sensíveis em virtude da grande distância mantida entre a fonte de luz e os detectores. Assim sendo, qualquer alteração causada pela passagem das ondas gravitacionais será identificada por meio de desvios gerados no laser. Para evitar que as detecções sejam fruto de outras interferências, como abalos sísmicos, os físicos responsáveis pelo projeto desenvolveram uma espécie de amortecedor com alta capacidade de absorção de impactos. Como forma de garantir a certeza das medidas feitas, os observatórios distam um do outro cerca de 3000 km, tendo como princípio a detecção das mesmas ondas.
As ondas, observadas em setembro de 2015 e confirmadas como do tipo gravitacional em fevereiro de 2016, são fruto da colisão entre dois buracos negros, cada um com cerca de 30 vezes a massa do Sol, e ocorreram cerca de 1,3 bilhão de anos-luz de distância de nós.
A eventual descoberta do gráviton faria da gravidade a primeira das quatro forças da natureza a ser explicada ao mesmo tempo pela Relatividade Geral e pela Física Quântica – de forma não excludente, ou seja, as duas explicações se manteriam válidas. Isso seria uma revolução no conhecimento. E agora, com a confirmação definitiva das ondas gravitacionais, estamos mais perto dessa maravilha do que jamais estivemos.
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| Estrutura da Matéria |
O trabalho colaborativo Ligo-Virgo-Kagra detectou 35 novas ondas gravitacionais entre novembro de 2019 e março de 2020.
Essa quantidade é mais de 10 vezes o número de ondas gravitacionais que o Ligo-Virgo detectou em sua primeira rodada de observações, que ocorreu ao longo de quatro meses, entre 2015 e 2016.
Das 35 ondas detectadas, 32 são o resultado de colisões entre buracos negros em fusão e três correspondem a colisões entre estrelas de nêutrons e buracos negros.
INTERFERÔMETRO
OBSERVAÇÃO DAS ONDAS
LIGO
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