Você que checa o Observatório toda sexta-feira atrás de novidade deve ter estranhado a ausência da semana passada. Meu laptop pifou e ainda por cima fiquei de molho o carnaval inteiro e só agora estou conseguindo atualizar o blog.
E vamos de uma notícia fantástica, se for verdade... Há fortes rumores de que as ondas gravitacionais, uma das previsões da Teoria da Relatividade Geral de Einstein, finalmente foram detectadas.
Como toda teoria, desde que foi proposta em 1916, a Relatividade Geral vem sendo testada ponto por ponto e, até agora, tem resistido bravamente: todas as previsões têm se confirmado ao longo do tempo. Mas as ondas gravitacionais ainda não, ao menos diretamente.
De uma forma muito simples, ondas gravitacionais são pequenas ondulações provocadas no tecido do espaço-tempo quando um corpo com massa é acelerado. Uma forma de se visualizar isso é pensar numa lagoa calma e provocar ondas nela jogando uma pedra. É mais ou menos isso que acontece com o espaço em que vivemos, ele passa a vibrar toda vez que um corpo com muita matéria se põe em movimento.
A grande dificuldade em se detectar essas ondulações vem das suas dimensões. Enquanto as ondas criadas pela pedra na lagoa têm poucos centímetros, as ondas gravitacionais devem ser dez mil vezes menores que um próton!
Uma evidência da sua existência rendeu o prêmio Nobel de física de 1993 a dois astrônomos que descobriram um par de pulsares em aproximação fazendo movimento espiral.
Os dois astrônomos postularam que a taxa de aproximação entre os pulsares, que são na verdade duas estrelas de nêutrons, é compatível com a perda de energia através da emissão de ondas gravitacionais. Em outras palavras, as ondas em si não foram detectadas, mas sim o efeito que elas causariam ao sistema estudado, tratando-se de uma evidência indireta, portanto.
Desde a década de 1970, físicos e cosmólogos debatem sobre a melhor maneira de se detectar essas minúsculas ondulações do espaço e o consenso recai sobre os interferômetros, ao menos com a atual tecnologia/orçamento. Interferômetros têm sido usados há uns cem anos mais ou menos e seu uso mais notório foi na experiência de Michelson-Morley que procurava provar a existência do éter luminífero.
Essa substância invisível seria a responsável pela propagação da luz no vácuo, como o ar propaga o som, e sua não-detecção contribuiu para o desenvolvimento da Teoria do Eletromagnetismo, bem como para o nascimento da Teoria da Relatividade Restrita, os primeiros ensaios que culminariam com a Relatividade Geral.
Os interferômetros dividem um feixe de luz em duas partes e os fazem percorrer trajetórias diferentes, mas de igual extensão, separadas por 90 graus. Depois de refletirem em um espelho no final da trajetória, os dois feixes retornam ao ponto onde foram separados e são combinados em um único feixe novamente.
Se não houver qualquer perturbação durante as trajetórias, o feixe reconstruído será exatamente igual ao feixe inicial. Mas se houver qualquer perturbação no espaço-tempo, como a Relatividade Geral prediz, o sinal reconstruído será diferente e terá a assinatura do tipo de distorção.
Os grandes desafios para detectar as distorções promovidas por ondas com amplitudes menores que o núcleo de um átomo de hidrogênio são criar trajetórias longas os suficientes para que os feixes sejam realmente perturbados e separar o sinal das ondas gravitacionais de sinais espúrios, tais como carros nas rodovias, pequenos abalos sísmicos, vento e até mesmo pessoas caminhando por perto.
Dois interferômetros com a finalidade específica de detectar as ondas gravitacionais foram construídos nos EUA em lados opostos do país, na Louisiana e em Washington com o nome de Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser, ou LIGO na sigla em inglês. Cada braço do LIGO mede 4 km de extensão e após percorrer isso tudo, os feixes são refletidos de volta para se recombinarem.
Os dois LIGOs estão separados por exatos 3.002 km de distância, de modo que se as ondas forem detectadas em Louisiana, por exemplo, 10 milissegundos depois serão detectadas em Washington, de acordo com Einstein.
Rumores
Bom, por que estamos aqui nessa seara mais de física teórica do que de astronomia? Porque há fortes rumores de que as ondas gravitacionais finalmente foram detectadas.
Há uma coletiva de imprensa marcada para essa quinta-feira, 11, para divulgar os progressos na pesquisa e detecção dessas ondas, mas alguns físicos teóricos que dizem ter acesso às pesquisas vazaram informações empolgantes. Nada oficial, por isso são tratados como rumores, mas excitantes rumores... Vamos a eles.
O projeto LIGO passou por um upgrade recentemente que ampliou a capacidade de detecção para fontes tão distantes quanto 250 milhões de anos-luz, o que constitui um volume bem grande, mas que ainda é efêmero em relação ao universo. A forma melhorada do observatório entrou em operação oficial em setembro de 2015 ao observar a constelação de Dorado, mas já vinha coletando dados preliminares algumas semanas antes disso.
Foi quando escapou o primeiro tweet de membros da equipe sinalizando a possível detecção das ondas. Depois disso o LIGO operou novamente desde dezembro até meados de janeiro de 2016, observando as regiões próximas de Áries e Hidra.
E os rumores aumentaram.
De acordo com pessoas que tiveram acesso à pesquisa, o LIGO teria detectado a colisão de dois buracos negros, um de 29 massas solares e outro de 36, o que teria gerado um buraco negro de Kerr com massa final de 62 massas solares. A aproximação entre os buracos negros não teria se dado de forma frontal, um teria espiralado em direção ao outro até que teriam se fundido num só.
Esse movimento em espiral gera ondas gravitacionais com um padrão bem típico, como esse ilustrado aqui no post, facilitando sua interpretação. Outra coisa interessante é esse buraco negro resultante, o chamado buraco negro de Kerr. Ele é somente um buraco negro com rotação, mas como ele deve arrastar o tecido do espaço-tempo conforme ele gira, ele também gera uma assinatura detectável e de fácil interpretação.
Lawrence Krauss, um físico teórico, cosmólogo e autor de vários best sellers de divulgação científica tuitou algumas semanas atrás: “minhas suspeitas anteriores sobre o LIGO foram confirmadas por fontes independentes! Fiquem ligados, ondas gravitacionais podem ter sido detectadas!” Questionado a respeito, limitou-se a dizer que havia uma coletiva de imprensa marcada e tudo seria esclarecido.
OK, mas o que o time do LIGO diz a respeito? Não muito. Joe Giaime, físico da Caltech e, esse sim, envolvido na pesquisa foi seco ao responder se as ondas gravitacionais haviam sido descobertas: “nós somos da velha escola, obtemos os dados, analisamos os dados e se surgir algo interessante, nós escrevemos um artigo.
O artigo vai para uma revista e é analisado por outros especialistas e se ele sobreviver, será publicado e aí sim vamos falar a respeito. Antes disso você não vai conseguir nada mim!” E é aí que o círculo se fecha: dia 11 sai a nova edição da revista Nature, com uma coletiva de imprensa que vai ligar os EUA, a Europa e o Brasil.
Sim, o LIGO é uma colaboração internacional com mais de 200 pesquisadores envolvidos, dentre eles alguns colegas brasileiros, sediados no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais em São José dos Campos (SP).
Mas, se tudo conspira para ser verdade, por que tanta condicional? Teria espiralado, teria se fundido?
Em primeiro lugar porque uma boa dose de ceticismo faz bem em ciências. Como dizia Carl Sagan, descobertas fantásticas necessitam comprovação fantástica. Veja que detectar uma onda com amplitude 10 mil vezes menor que um próton é um desafio tecnológico sem precedentes. É mais ou menos você medir a deformação de 5 milímetros de uma barra com um sextilião de metros (1 seguido de 21 zeros) de comprimento!
Em segundo lugar porque falsos positivos já provocaram rumores anteriormente. Rumores de detecção que escaparam anteriormente foram baseados em sinais artificiais injetados “secretamente” nos dados coletados para testar todo o sistema de detecção e sobretudo, de análise dos dados.
Essa é uma espécie de “teste cego”, que causou espanto e animou todo mundo que não estava a par dele. Aí você sabe, como na fábula do menino e o lobo, todo mundo fica desconfiado, ainda mais quando o sinal detectado teria 99,999943% de chances de não ser apenas ruído fortuito.
Em terceiro lugar, vai ter sorte assim lá no meu observatório, né? Bastou ligar o detector e os caras pegam logo de cara dois buracos negros parrudinhos se chocando? Quero ver isso mais bem explicado.
Sinceramente, eu acho que ninguém em sã consciência convocaria uma coletiva de imprensa ligando 3 continentes para anunciar que a nova versão do LIGO teria detectado simulações de dois buracos negros se chocando. E também acho difícil que a Nature iria fazer um estardalhaço por um artigo mostrando que o LIGO detecta muito bem simulações. Mas a resposta final virá amanhã.
As consequências seriam fantásticas! Os primeiros momentos após o Big Bang não são acessíveis através de nenhuma outra radiação, nem mesmo a radiação cósmica de fundo em micro ondas, mas a radiação gravitacional poderia trazer informações vitais.
As ondas gravitacionais emitidas nesse momento poderiam revelar detalhes de um universo em que as forças da física estavam todas unificadas, explicando como a gravitação se conversa com a quântica.
Na minha opinião, as previsões de Einstein e sua Teoria da Relatividade Geral para as ondas gravitacionais serão confirmadas amanhã. Einstein rulez!
Imagem: Shapiro, S. et al.
Post.N.\6.827
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