30 de maio de 2016 | Sem categoria | Texto: | Ilustração: Natália Schiavon
Ondas gravitacionais: um novo jeito de “ver” o universo

Há mais ou menos cem anos, o jeito como entendemos o fenômeno da gravidade se modificou, com a criação da Teoria da Relatividade de Geral de Albert Einstein. A teoria diz que massa deforma o espaço-tempo (que é a união das três dimensões do espaço com mais uma dimensão temporal, como explicado aqui (http://www.revistacapitolina.com.br/espaco-tempo-buracos-de-minhoca-ou-como-nao-viajar-no-tempo/)), e essa deformação faz com que corpos se atraiam. Essa teoria surge como alternativa à teoria da Gravitação de Isaac Newton, aquela que aprendemos na escola, que dizia haver uma força que causa a atração dos objetos. Um jeito bem simples de pensar em como ocorre essa alteração no espaço-tempo é pensar em um lençol esticado no ar. Quando colocamos uma bola sobre ele, essa bola altera o formato do lençol perto dela, e se jogarmos uma outra bolinha nessa região, ela cairá em direção à primeira ou ficará girando ao redor da mesma. Esse fenômeno é muito parecido com o que ocorre com quaisquer dois objetos que tenham massa, de acordo com o Einstein. Mas isso não ocorre só com objetos que tem massa; a luz não tem massa, e mesmo assim é afetada pela gravidade. E isso foi explicado pela teoria da seguinte maneira: apesar de não ter massa, a luz tem energia, e essas duas coisas são, de certa forma, equivalentes (lembra daquela equação famosa do Einstein, E=mc²? É mais ou menos isso que ela quer dizer).

Isso nos leva a mais uma das proposições da Relatividade Geral: a existência de ondas gravitacionais. Ondas gravitacionais são como vibrações no espaço-tempo, que o comprimem e esticam, e que ocorrem devido à aceleração dos corpos. Como assim? Bom, massa e energia são equivalentes, certo? Digamos que eu pegue a Terra e Vênus, e jogue os dois muito perto um do outro, e que eles comecem a orbitar um ao redor do outro (por causa da deformação do espaço-tempo que eles mesmos causam). O que o Einstein propôs é que, com o tempo, esses dois planetas começariam a perder massa, que se tornaria energia, e essa energia se manifestaria na forma de ondas gravitacionais. Uma coisa parecida acontece, por exemplo, com o Sol. Os raios de luz que chegam desse astro até a Terra é energia perdida, não na forma de ondas gravitacionais, mas sim ondas eletromagnéticas (luz, calor, radiação ultravioleta…). Da mesma forma que os raios de luz, as ondas gravitacionais se propagariam através do Universo e poderiam chegar à Terra.

A existência desse fenômeno foi predita há uma centena de anos, mas até o começo desse ano ele só havia sido observado indiretamente (fato que rendeu a Russell A. Hulse e Joseph H. Taylor o prêmio Nobel de 1993). O próprio Einstein acreditava que não seria possível detectar diretamente ondas gravitacionais na Terra, porque seus efeitos em regiões distantes da fonte das ondas são muito pequenos. Seria preciso que ocorresse um evento envolvendo corpos muito massivos e muita energia para que isso fosse possível.

Em fevereiro desse ano, porém, a comunidade científica foi surpreendida com o anúncio de que haviam sido detectadas ondas gravitacionais. Como isso foi feito? Pelo “Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory” (LIGO), um observatório de ondas gravitacionais feito com um interferômetro a laser. Ok, até agora não deu pra entender nada do que ele é… Bom, pra simplificar, o LIGO é um equipamento que consiste em um laser, alguns espelhos e um detector de luz. O que acontece é que o laser incide primeiramente sobre um espelho que divide a luz em dois feixes, um deles segue reto e o outro é desviado para a esquerda. Daí, esses dois feixes ficam percorrendo uma distância de 4km cada um várias vezes, até que então são unidos novamente no primeiro espelho e chegam a um detector. (É difícil de entender explicando assim, mas dá para ver melhor como funciona vendo o vídeo que vai estar no fim desse texto.) Se nada de anormal acontecer, quando esses feixes forem reunidos no detector, eles vão formar uma luz igualzinha a que saiu do laser. E o que acontece quando temos ondas gravitacionais? Essas ondas comprimem e esticam o espaço-tempo de tal forma que o caminho que os feixes tem que percorrer agora não é mais igual, mas maior em uma direção e menor em outra, por causa da deformação do espaço. Como isso não altera a velocidade da luz, os feixes, quando chegarem ao detector, não formarão mais uma luz igual a emitida pelo laser. Essa diferença entre um feixe e outro foi detectada em setembro do ano passado. Porém, como esse efeito causado pelas ondas gravitacionais é muito pequeno (milhares de vezes menor do que o núcleo de um átomo), era preciso ter certeza de que ele não havia sido causado por nenhum outro fenômeno, como por exemplo um terremoto próximo ao LIGO. Justamente para que os cientistas não confundissem um sinal desse tipo com uma onda gravitacional, há não somente um desses interferômetros que eu descrevi, mas dois, nos Estados Unidos. Para que o sinal fosse proveniente de ondas gravitacionais, era preciso que fosse detectado não apenas por um, mas pelos dois detectores, e quase simultaneamente (porque as ondas gravitacionais se propagam com a velocidade da luz). E isso aconteceu. E só em fevereiro, depois de serem descartadas todas as possibilidades de falso positivo pelos cientistas do LIGO, eles anunciaram a detecção das ondas gravitacionais!

Tá bom, mas qual a importância de detectar ondas gravitacionais? Primeiramente, na ciência, não é suficiente que uma teoria diga que algo exista para que isso realmente exista, e para que ela seja verdadeira. É preciso que isso seja verificável experimentalmente, e justamente isso dá ou não validade à teoria. Detectar ondas gravitacionais, portanto, fortaleceu a Teoria da Relatividade de Einstein. Além disso, ondas gravitacionais são uma nova forma de vermos o mundo. Como assim? Bom, atualmente conseguimos ver o mundo e obter informações sobre ele basicamente através das ondas eletromagnéticas. Na ciência, usamos ondas eletromagnéticas para estudar desde coisas microscópicas até coisas macroscópicas. Por exemplo, para estudar os astros e o cosmos, usamos telescópio, que recebem luz não só na faixa do visível (ou seja, na prática, fotografias) como também sinais em outras frequência, por exemplo raios-X, infravermelho, ultravioleta, etc. Através dessas sinais, que são ondas eletromagnéticas, conseguimos obter informações sobre a temperatura de estrelas, o tamanho de planetas, a velocidade com que astros se movimentam, entre outras coisas. Ondas gravitacionais são diferentes de ondas eletromagnéticas, e espera-se que com essas possamos enxergar fenômenos que não conseguíamos antes. Um exemplo são os buracos negros: até hoje, não conseguimos observá-los diretamente através de ondas eletromagnéticas, porque a gravidade próxima a eles é tão intensa que a luz não consegue sair destes e chegar até nós (http://www.revistacapitolina.com.br/o-que-e-um-buraco-negro/) – atualmente só observamos os efeitos que os buracos negros causam no seu entorno, quando engolem matéria. Porém, com ondas gravitacionais, talvez possamos obter informações mais facilmente sobre esses corpos celestes, já que eles são dos corpos mais massivos e energéticos do Universo.

Pra terminar, fica aqui um vídeo bem explicativo sobre ondas gravitacionais (com legendas em português)

https://www.youtube.com/watch?v=4GbWfNHtHRg

 

Referências:

http://www.huffingtonpost.com/jeffrey-bennett/what-are-gravitational-waves_b_9253680.html

http://www.inpe.br/noticias/arquivos/pdf/LIGO_-_ScienceSummary_Portuguese.pdf

http://www.cartaeducacao.com.br/aulas/medio/como-a-confirmacao-das-ondas-gravitacionais-ajuda-a-compreender-o-universo/

http://www.unesp.br/portal#!/noticia/20849/deteccao-de-ondas-abre-nova-janela-para-observacao-do-universo/

http://revistapesquisa.fapesp.br/2016/02/12/experimento-detecta-ondas-gravitacionais/

http://agencia.fapesp.br/brasileiros_integram_consorcio_que_observou_ondas_gravitacionais_e_buracos_negros/22670/

http://www.bbc.com/portuguese/noticias/2016/02/160209_ondas_gravitacionais_mdb

http://www5.usp.br/105163/para-a-astrofisica-a-verdade-esta-la-fora-e-precisa-ser-desvendada/

http://brasil.elpais.com/brasil/2016/02/10/ciencia/1455124978_980574.html

Mariana Cipolla
  • Colaboradora de Ciência e Tecnomania
  • Revisora

Tem 21 anos, mora em São Paulo capital e adora café (mas sem qualquer infinitésimo de açúcar). Não acredita em signo, não gosta de fazer escolhas, tenta se planejar com antecedência e sonha em um dia conseguir terminar de ler todos os livros que tem. Estuda física, e queria que todas as pessoas pudessem se encantar com as maravilhas dessa ciência tanto quanto ela (queria conseguir ser uma boa divulgadora de ciência e/ou professora pra tornar isso um pouco mais possível). Mas acha que a ciência só vai ser completa quando houver mais mulheres cientistas e quando essas não forem estigmatizadas.

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