Física - Previstas por Einstein há 100 anos, ondas gravitacionais são detectadas pela primeira vez

Ondas são vibrações propagando-se pelo espaço, transmitem energia, e, portanto, podem ser detectadas. Entre os séculos 19 e 20 foi decifrada a onda eletromagnética. Muitas tecnologias foram possíveis por causa dessa descoberta, como a televisão, o micro-ondas e a internet. No século 21, a ciência buscou provar a existência da onda gravitacional, prevista por Albert Einstein há 100 anos.

Em fevereiro de 2016 um consórcio de cientistas do Observatório de Interferometria a Laser de Ondas Gravitacionais (LIGO), nos EUA, capturou o som de ondas produzidas pela fusão de dois buracos negros. A descoberta causou sensação no mundo todo. É a primeira vez que pesquisadores confirmam diretamente a existência das ondas gravitacionais.

Em 1916, Albert Einstein havia previsto a existência desse fenômeno como consequência de sua teoria da Relatividade Geral, que explica a força gravitacional (gravidade) como uma distorção do espaço e do tempo. Os corpos celestes em movimento acelerado liberam parte da sua massa em forma de energia através dessas ondas de gravidade, que se propagam com a velocidade da luz. Mas o físico imaginou que não seria possível detectá-las porque a amplitude dessas ondas é pequena e seu sinal seria muito fraco ao passarem pela Terra.

Uma onda gravitacional é uma onda no tecido do espaço-tempo (conjunto de quatro dimensões formado por espaço tridimensional e o tempo). As ondas eletromagnéticas podem ser vistas como bolas de bilhar que se deslocam na superfície plana da mesa, representando as dimensões que conhecemos enquanto as ondas gravitacionais teriam a liberdade de perfurar o plano da mesa, para cima e para baixo. Elas atravessam tudo e poderiam até viajar para outras dimensões.

Imagine que o espaço inteiro seja uma folha de borracha gigantesca. A forte colisão entre objetos muito maciços e em movimento libera energia em forma de ondas, que deformam a folha da borracha, ou seja, a colisão gera uma distorção do “tecido” do espaço-tempo à sua volta. Isso faz com que as ondas possam mudar levemente a órbita de um planeta, por exemplo.

As ondas gravitacionais se propagam como um eco constante através do espaço. Viajam à velocidade da luz e nada pode detê-las. Elas são comparáveis às ondas que se deslocam na superfície de um lago ou com o som no ar. Em cada ponto da superfície temos uma oscilação, com a superfície subindo e descendo ritmicamente. As frequências de algumas ondas coincidem com as do som, por isso podem ser traduzidas para serem escutadas em forma de suaves assovios.

Quais são as fontes das ondas gravitacionais? Apenas grandes massas, movendo-se sob fortes acelerações, podem produzir essas ondulações em um grau razoável. É possível emitir ondas gravitacionais a partir de buracos negros e estrelas compactas muito densas e em rotação, como os pulsares.

Quando uma onda gravitacional se move, ela vai esticar, comprimir ou enrugar qualquer coisa em seu caminho, da mesma forma que uma pessoa distorce o colchão ao dormir. Mas a compressão seria minúscula, uma mera fração do diâmetro do átomo, o que torna a onda muito difícil de ser detectada quando ela passar pela Terra.

As ondas detectadas pelo LIGO são distorções do espaço-tempo produzidas pelos momentos finais de uma colisão entre dois buracos negros que tinham 29 vezes e 36 vezes a massa do nosso Sol. Em cerca de 0,45 segundo, o par de buracos negros espiralou e colidiu. Da fusão dos dois, surgiu um outro com massa muito mais elevada (62 vezes a do Sol).

O evento aconteceu há 1 bilhão de anos-luz do planeta Terra. Ao chegarem na Terra, depois de 1 bilhão de anos de viagem, porém, a energia e a amplitude dessas ondas estavam tão diluídas que apenas os instrumentos supersensíveis como os do LIGO foram capazes de percebê-las.

O estudo das ondas gravitacionais abre um novo campo de pesquisa na astronomia sobre a compreensão de como o Cosmos nasceu e está estruturado. A descoberta abre a porta para uma nova maneira de observar o Cosmos e pode ajudar a compreender alguns de seus enigmas.

A possibilidade de observar o universo em ondas gravitacionais e não apenas em ondas eletromagnéticas, como a luz, abre a perspectiva de descoberta de fenômenos antes invisíveis para os astrônomos. Apenas 4,9% da composição do universo é considerada matéria visível. Agora os físicos poderão olhar os objetos com as ondas eletromagnéticas e escutá-los com as gravitacionais.

Uma aplicação prática é no campo de estudos sobre os buracos negros, porque eles sugam tudo o que está à volta, não deixando escapar nem matéria nem luz. Até hoje, o único jeito de examinar esses corpos celestes era de forma indireta, pelos rastros de energia eletromagnética que outros corpos expelem quando estão prestes a ser engolidos. Ou seja, o experimento já resultou na primeira prova direta de que os buracos negros realmente existem.

Os cientistas também poderão estudar sobre o Big Bang, o evento que ocorreu há quase 14 bilhões de anos. A Teoria da Relatividade Geral diz que, pouco depois do início do universo, criado pelo Big Bang, a sua expansão abrupta produziu ondulações no espaço-tempo – as chamadas "ondas gravitacionais". É possível que essas ondas estejam “navegando” pelo Cosmos e estudá-las seria como entender a origem de tudo.

A confirmação da existência das ondas gravitacionais também mexe com a imaginação. Alguns físicos afirmam que futuramente, seria possível viajar no tempo ou no espaço. Einstein descreveu que o tempo é um conceito relativo. Ele pode ser distorcido pela gravidade e pela velocidade. Com base em cálculos, seria possível fazer um “atalho” entre dois pontos distantes e pular de um ponto do espaço e do tempo para outro. Será que os filmes de ficção científica se tornarão realidade num futuro próximo?