A órbita da formiga. Relevadas as ondas gravitacionais intuídas por Einstein

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23 Fevereiro 2016

"Com este relevamento, a equipe do LIGO não só demostrou que as ondas gravitacionais existem; também aprendeu algo novo sobre os buracos negros, objetos que jamais foi possível ver diretamente, já que sua massa e densidade impedem à luz ou às ondas-rádio escaparem à sua gravidade", escreve Guy Consolmagno, jesuíta, astrônomo, publicada por L'Osservatore Romano, 13-02-2016. A tradução é de Benno Dischinger.

Eis o artigo.

Recentemente, alguns cientistas do Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) anunciaram a primeira elevação de ondas gravitacionais. A descoberta foi uma importante confirmação de uma predição feita por primeira vez pela teoria da relatividade geral de Einstein, publicada há pouco mais de cem anos, em novembro de 1915.

A física de Newton havia chamado em causa o conceito de gravidade como força para explicar os movimentos dos planetas em torno do sol, ou então a queda de uma maçã sobre a Terra. Mas Newton havia descrito somente o comportamento da gravidade, e jamais havia procurado compreender que coisa a gravidade realmente fosse. Quando lhe foi solicitado que explicasse aquela força misteriosa, como é sabido, respondeu: Hypotheses non fingo (não invento hipóteses). Mais de duzentos anos após, no entanto, Einstein propõe uma explicação da gravidade na sua teoria da relatividade geral. Espaço e tempo, sugeria, são somente dimensões diversas de uma realidade chamada espaço-tempo; e a gravidade é a curvatura de espaço-tempo.

É difícil para nós imaginar como um normal espaço tridimensional possa ser “curvado”. Mas, quando se imagina que o espaço seja somente um plano bidimensional, a presença de um objeto maciço ocuparia aquele espaço precisamente como um grande peso posto sobre uma folha de borracha daria a esta folha uma forma distorcida.

Uma formiga que caminhasse sobre a folha deformada daria a esta folha uma forma distorcida. Uma formiga que andasse sobre a folha deformada acabaria por girar e girar em torno ao peso, já que a curva da borracha curvaria o seu caminho.

Da mesma forma, sugeria Einstein, os planetas orbitam em torno a uma estrela porque a massa da estrela curvou o espaço circunstante, transformando um movimento reto num caminho em torno da estrela. Mas, se o espaço-tempo pode ser curvado, é possível que aquela curvatura aja como uma onda que se afasta da fonte da distorção?

No início, o próprio Einstein não estava certo disso; após haver sugerido precisamente este efeito quando pela primeira vez descreveu a relatividade geral, em seguida mudou por diversas vezes de ideia antes de concluir matematicamente que tais ondas eram inevitáveis.

Estas ondas podiam verificar-se quando acontecia algo que mudava a posição de um objeto maciço; movendo-se, isso teria feito mover também o espaço-tempo em torno de si. Porque tais ondas poderiam relevar-se através de imensa distância do espaço, porém a massa em movimento devia ser realmente muito maciça.

Em 1974, uma pulsar (estrela maciça que emite pulsações de ondas rádio a intervalos muito regulares) foi descoberta em órbita em torno a uma estrela de nêutrons maciça; na época, observou-se a sua órbita decair a intervalos correspondentes aos cálculos feitos por um sistema que tivesse emitido energia sob a forma de ondas gravitacionais. Todavia, as próprias ondas não foram relevadas diretamente.

Para ver este tipo de ondas, que teriam sido muito pequenas, foi construída uma cópia de relevadores idênticos aos dois lados extremos dos Estados Unidos, nos estados de Luisiana e de Washington (um relevador semelhante, chamado Virgo, está em fase de desenvolvimento perto de Pisa). Ambos são dotados de lasers que emanam luz através de túneis longos quatro quilômetros e são refletidos por espelhos de altíssima precisão. Os lasers e os espelhos são calibrados de modo muito sensível e isolados de outras formas de vibração, permitindo relevar qualquer flutuação no espaço-tempo local como mudança na distância em fundo ao tubo, distância que os lasers podem mensurar com extrema precisão, pequena mesmo até um milésimo do diâmetro de um próton. Todo relevador tem dois destes túneis, postos em ângulo reto para relevar este tipo de ondas provenientes de qualquer direção.

A primeira versão do experimento do LIGO foi realizada há dez anos, mas somente graças a uma recente atualização os cientistas retiveram poder ter alguma esperança de relevar concretamente uma onda. De fato, o relevamento reportado quinta-feira é um evento que se verificou em setembro passado, enquanto o novo sistema ainda era testado.

O mesmo evento foi observado, de maneira idêntica, tanto no Estado de Washington, como em Luisiana; e a natureza das flutuações correspondia exatamente ao que tinha sido previsto para a colisão entre dois buracos negros, ambos trinta vezes mais maciços do que nosso sol, que converteu aproximadamente metade de sua massa combinada numa maciça explosão de energia.

O relevamento é um triunfo tanto da física teórica como da experimental. Os teóricos tinham conseguido calcular exatamente que espécie de sinais este relevador teria podido captar e o que teria sido necessário para poder fazê-lo; os experimentos tinham conseguido idear exatamente o tipo de instrumento de alta precisão que era necessário para relevá-los.

Mais que limitar-se a confirmar a teoria de Einstein, o experimento também já está à altura de seu nome de “observatório”. Com este relevamento, a equipe do LIGO não só demostrou que as ondas gravitacionais existem; também aprendeu algo novo sobre os buracos negros, objetos que jamais foi possível ver diretamente, já que sua massa e densidade impedem à luz ou às ondas-rádio escaparem à sua gravidade.

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