Hoje é um dia histórico para a ciência. Foi anunciada a detecção, pela primeira vez, de ondas gravitacionais, oriundas da colisão de dois buracos negros localizados a 1,3 bilhões de anos-luz.
Para entendermos melhor como surgem as ondas gravitacionais é interessante nos reportarmos às ondas eletromagnéticas (visível, infravermelho, ondas de rádio, raios-X, etc). Uma entidade básica na teoria eletromagnética é a carga elétrica, cuja unidade fundamental está presente no elétron (tendo um valor negativo) ou está presente no próton (tendo um valor positivo). As equações básicas que descrevem os campos elétricos e magnéticos que em última análise têm influência sobre as cargas, estejam elas paradas ou em movimento, são as equações de Maxwell. As equações de Maxwell são equações diferenciais cujas soluções estão além do escopo deste texto. O importante é que da manipulação de algumas destas equações - que são em número de quatro - pode-se chegar a uma equação de onda, a equação da onda eletromagnética. A ideia física que está por trás da equação da onda eletromagnética é o fato de que carga acelerada produz uma onda eletromagnética. Assim, cargas aceleradas podem produzir ondas eletromagnéticas, como os elétrons de uma antena transmissora de uma estação de rádio ou de tv, que estão acelerados e, por consequência, produzem uma onda eletromagnética que se movimentará com a velocidade da luz até encontrar uma antena receptora.
Similarmente ao que ocorre com as cargas aceleradas que produzem uma radiação eletromagnética que se propaga no espaço como uma onda eletromagnética, massas aceleradas produzem ondas gravitacionais. Esta é uma previsão da teoria da Relatividade Geral de Einstein. Antes do trabalho divulgado hoje, já existiam evidências de que as ondas gravitacionais talvez fossem um fato real. O trabalho hoje divulgado se refere a um evento batizado de GW150914, verificado em uma galáxia localizada a mais de um bilhão de anos-luz da Terra. Isso significa que a luz - ou qualquer sinal oriundo dessa galáxia - levou mais de um bilhão de anos para atingir a Terra. De certa forma, ao avistarmos algum fato originado na referida galáxia, estamos olhando o que aconteceu há bastante tempo.
Pois bem, no que se refere ao fenômeno cataclísmico GW150914, ele consistiu na colisão e fusão de dois buracos negros, que possuíam massas 32 e 29 vezes a massa do Sol. Esta fusão resultou na formação de um novo buraco negro com massa de cerca de 62 vezes a massa do Sol e a liberação de energia - no pico de luminosidade - de cerca de 10 elevado a potência 56 ergs/s [1]. A liberação de uma onda gravitacional devido ao fenômeno permitiu que a mesma fosse detectada por dois detectores do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria Laser (LIGO, em inglês) no dia 14 de setembro de 2015.
O LIGO é o maior laboratório destinado à observação de ondas gravitacionais do mundo. Ele é composto por dois grandes interferômetro a laser localizados a cerca de 3000 km de distância um do outro: um localizado em Livingston, e o segundo em Hanford, Washington [2]. O interferômetro que forma o LIGO consiste de dois braços de 4 km cada um dispostos perpendicularmente um em relação ao outro. No experimento, um feixe de laser é enviado para as extremidades dos braços e refletidos de volta. A ideia é que a onda gravitacional ao passar pelo interferômetro produz um efeito de alongamento e de encolhimento dos braços, o que fará com que a luz dos lasers percorram distâncias diferentes, tirando-os de fase e produzindo um padrão de interferência. De acordo com os pesquisadores que operam o sistema LIGO, a deformação esperada é menor do que o diâmetro de um próton. De fato, é uma deformação extremamente pequena, mas pelo fato do trabalho ter sido reportado numa das principais revistas de física do mundo, pelo menos aponta para que parte da comunidade científica que trabalha com física, acredite na validade dos resultados. Obviamente, mais pesquisas e novas medidas deverão ocorrer nos próximos anos.
[1] The LIGO Scientific and Virgo Collaborations, Physical Review Letters 116, 061102 (2016).
[2] Riccardo Sturani, Observação de ondas gravitacionais geradas pela fusão de um sistema binário de buracos negros; nota técnica, 17/11/2016.
Para entendermos melhor como surgem as ondas gravitacionais é interessante nos reportarmos às ondas eletromagnéticas (visível, infravermelho, ondas de rádio, raios-X, etc). Uma entidade básica na teoria eletromagnética é a carga elétrica, cuja unidade fundamental está presente no elétron (tendo um valor negativo) ou está presente no próton (tendo um valor positivo). As equações básicas que descrevem os campos elétricos e magnéticos que em última análise têm influência sobre as cargas, estejam elas paradas ou em movimento, são as equações de Maxwell. As equações de Maxwell são equações diferenciais cujas soluções estão além do escopo deste texto. O importante é que da manipulação de algumas destas equações - que são em número de quatro - pode-se chegar a uma equação de onda, a equação da onda eletromagnética. A ideia física que está por trás da equação da onda eletromagnética é o fato de que carga acelerada produz uma onda eletromagnética. Assim, cargas aceleradas podem produzir ondas eletromagnéticas, como os elétrons de uma antena transmissora de uma estação de rádio ou de tv, que estão acelerados e, por consequência, produzem uma onda eletromagnética que se movimentará com a velocidade da luz até encontrar uma antena receptora.
Similarmente ao que ocorre com as cargas aceleradas que produzem uma radiação eletromagnética que se propaga no espaço como uma onda eletromagnética, massas aceleradas produzem ondas gravitacionais. Esta é uma previsão da teoria da Relatividade Geral de Einstein. Antes do trabalho divulgado hoje, já existiam evidências de que as ondas gravitacionais talvez fossem um fato real. O trabalho hoje divulgado se refere a um evento batizado de GW150914, verificado em uma galáxia localizada a mais de um bilhão de anos-luz da Terra. Isso significa que a luz - ou qualquer sinal oriundo dessa galáxia - levou mais de um bilhão de anos para atingir a Terra. De certa forma, ao avistarmos algum fato originado na referida galáxia, estamos olhando o que aconteceu há bastante tempo.
Pois bem, no que se refere ao fenômeno cataclísmico GW150914, ele consistiu na colisão e fusão de dois buracos negros, que possuíam massas 32 e 29 vezes a massa do Sol. Esta fusão resultou na formação de um novo buraco negro com massa de cerca de 62 vezes a massa do Sol e a liberação de energia - no pico de luminosidade - de cerca de 10 elevado a potência 56 ergs/s [1]. A liberação de uma onda gravitacional devido ao fenômeno permitiu que a mesma fosse detectada por dois detectores do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria Laser (LIGO, em inglês) no dia 14 de setembro de 2015.
O LIGO é o maior laboratório destinado à observação de ondas gravitacionais do mundo. Ele é composto por dois grandes interferômetro a laser localizados a cerca de 3000 km de distância um do outro: um localizado em Livingston, e o segundo em Hanford, Washington [2]. O interferômetro que forma o LIGO consiste de dois braços de 4 km cada um dispostos perpendicularmente um em relação ao outro. No experimento, um feixe de laser é enviado para as extremidades dos braços e refletidos de volta. A ideia é que a onda gravitacional ao passar pelo interferômetro produz um efeito de alongamento e de encolhimento dos braços, o que fará com que a luz dos lasers percorram distâncias diferentes, tirando-os de fase e produzindo um padrão de interferência. De acordo com os pesquisadores que operam o sistema LIGO, a deformação esperada é menor do que o diâmetro de um próton. De fato, é uma deformação extremamente pequena, mas pelo fato do trabalho ter sido reportado numa das principais revistas de física do mundo, pelo menos aponta para que parte da comunidade científica que trabalha com física, acredite na validade dos resultados. Obviamente, mais pesquisas e novas medidas deverão ocorrer nos próximos anos.
[1] The LIGO Scientific and Virgo Collaborations, Physical Review Letters 116, 061102 (2016).
[2] Riccardo Sturani, Observação de ondas gravitacionais geradas pela fusão de um sistema binário de buracos negros; nota técnica, 17/11/2016.
