Um brinde a Einstein: Ondas gravitacionais foram detectadas pela primeira vez

A última grande previsão de Einstein acaba de ser confirmada!

WASHINGTON - As ondas gravitacionais, as ondulações cósmicas que distorcem o próprio espaço-tempo, foram diretamente detectadas pela primeira vez.

Em um anúncio tão aguardado hoje (11 de fevereiro), os investigadores filiados à LIGO relataram a detecção de ondas gravitacionais. O sinal captado pela LIGO veio da colisão de dois buracos negros e foi detectado em 14 de setembro de 2015 por detectores de gêmeos de LIGO em Livingston, Louisiana e Hanford, Washington, segundo cientistas.

Esta colisão cósmica enviou ondas gravitacionais que fluiram para fora na velocidade da luz, causando ondulações no tecido do espaço-tempo, semelhante à forma como uma pedra jogada perturba uma lagoa imóvel. Os pesquisadores disseram que a colisão ocorreu 1,3 bilhões de anos atrás entre os buracos negros que eram cerca de 29 e 36 vezes mais massivos do que o Sol, respectivamente. Durante o acidente, cerca de três vezes a massa do Sol foi convertida em ondas gravitacionais em menos de um segundo, gerando uma potência de pico de cerca de 50 vezes maior do que todo o universo visível, eles acrescentaram.

"Nossa observação de ondas gravitacionais realiza uma meta ambiciosa estabelecida ao longo de cinco décadas atrás, para detectar diretamente esse fenômeno indescritível e melhor compreender o Universo, e, apropriadamente, o legado de Einstein no 100º aniversário de sua teoria da relatividade geral ", disse o executivo LIGO Laboratory diretor David Reitze, do Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, em um comunicado.

A detecção é um momento marcante na astronomia e astrofísica. Ao contrário de ondas de luz, as ondas gravitacionais não ficam distorcida ou alteradas por interações com a matéria a medida que competem por espaço; Elas, portanto, carregam a informação "pura" sobre os objetos e eventos que as criaram, de acordo com pesquisadores da LIGO. 

Ondas gravitacionais alternadamente esticam e espremem o espaço-tempo tanto vertical como horizontalmente a medida que se propagam.

"Com esta forma completamente nova de examinar objetos astrofísicos e fenômenos, as ondas gravitacionais vão realmente abrir uma nova janela sobre o universo, fornecendo aos astrônomos e outros cientistas os seus primeiros vislumbres de maravilhas inéditas e invisíveis e aumentando a nossa compreensão da natureza do espaço e do tempo em si ", escreveram os membros da equipe LIGO em uma descrição on-line do projeto.

Ondas gravitacionais foram inicialmente previstas por Albert Einstein em seu famoso artigo de 1916 sobre a Relatividade Geral. Um dos centrais, e mais estranhos, princípios da relatividade geral é que o espaço e o tempo não são coisas separados, mas sim estão ligados entre si em um único tecido: o espaço-tempo. Objetos maciços, como estrelas, esticam e curvam este tecido, é como uma bola de boliche que distorce uma folha de borracha. Estes mergulhos fazem como que objetos como planetas e até mesmo a luz tomem um caminho curvo em torno desses corpos mais massivos.

As ondas gravitacionais afetam este tecido, bem como, causam distorções. Estudos anteriores confirmaram a existência de ondas gravitacionais - que são geradas pela aceleração (ou desaceleração) de objetos maciços - através de métodos indiretos, mas a descoberta da LIGO é a primeira detecção direta desse fenômeno enigmático.

"A descrição desta observação é muito bem descrita na teoria de Einstein da relatividade geral formulada há 100 anos e compreende o primeiro teste da teoria da gravitação," disse o membro da equipe LIGO Rainer Weiss, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), em um comunicado. "Teria sido maravilhoso ver o rosto de Einstein se tivéssemos sido capazes de dizer a ele."

A LIGO só pode detectar ondas gravitacionais relativamente fortes, que são criadas por acontecimentos dramáticos, como dois buracos negros que giram em torno uns dos outros e, em seguida, colidem, ou formam uma fusão de cadáveres estelares superdensos chamados estrelas de nêutrons. O detector também pode encontrar ondas gravitacionais geradas por uma explosão estelar, conhecida como uma supernova.

A partir da esquerda: Um braço de quatro quilômetros da Livingston Observatory LIGO, a sala de controle, e um diagrama esquemático do detector de "disposição óptica."

Distinguir estas ondulações no espaço-tempo é um sério desafio . A medida que uma onda gravitacional passa através da Terra, ela espreme o espaço em uma direção e estende-o em outra direção. LIGO olha para essa curvatura do espaço-tempo usando dois detectores "L" detectores; um está em Livingston, Louisiana, e o outro é em Hanford, Washington.

Cada braço de cada detector tem 2,48 milhas (4 km) de comprimento. Perto do ponto em que os dois braços se encontram, um impulso de luz de laser é lançado para baixo de cada braço simultaneamente. Os pulsos viajam para baixo de um braço, saltam fora de um espelho na extremidade e voltam perto do ponto de partida, no ponto crucial do "L."

Se uma onda gravitacional passar, vai comprimir um braço do detector e esticar o outro. Como resultado, o feixe de luz que viaja para baixo do braço esticado vai demorar um pouco mais para voltar ao ponto de partida do que será o feixe de luz que viaja o braço que foi comprimido. (Se o mesmo sinal é visto por ambos os detectores, os pesquisadores podem ter certeza de que o sinal é real, e não o resultado de condições ambientais em um dos dois locais. Gravar o sinal em dois locais diferentes também permite aos cientistas encontrarem a fonte da onda gravitacional no céu por triangulação.)

A detecção histórico de ondas gravitacionais pelo Observatório Laser Interferometer Gravitational-Wave é mostrado neste gráfico durante uma conferência de imprensa em Washington, DC, em 11 de fevereiro de 2016.

Essa lógica parece bastante simples, mas a mudança no comprimento de cada braço é muito menor do que a largura de um núcleo atômico. Se o detector LIGO estender-se por todo o caminho do Sol para a mais próxima estrela - Proxima Centauri, localizada a 40,14 trilhões de km de distância - uma onda gravitacional iria encolher o detector para apenas a largura de um cabelo humano, disse um cientista da LIGO.

Esta não é a primeira vez que as ondas gravitacionais têm sido notícia. Em 2014, pesquisadores usaram o telescópio BICEP2 na Antártida e anunciaram que tinham detectado assinaturas de ondas gravitacionais na luz microondas que sobraram do Big Bang (conhecida como radiação cósmica de fundo). Mas esse resultado se desfez quando as observações do observatório espacial Planck da Europa mostraram que as alegadas assinaturas foram, provavelmente, nada mais do que poeira espacial .

A alegação da equipe da LIGO sobre a  detecção de ondas gravitacionais diretas, muito provavelmente será submetida a intenso escrutínio antes da comunidade científica aceitar plenamente o resultado. Não existem outros experimentos que medem o mesmo tipo de ondas gravitacionais que a LIGO pode detectar, então não há atualmente nenhuma maneira de comparar diretamente os resultados com outro experimento. 

A pesquisa foi publicado na revista Physical Review Letters.

A LIGO é operada por cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia e do MIT, e é financiado pela  National Science Foundation dos EUA. A Colaboração científica da LIGO tem mais de 1.000 membros de 83 instituições em 15 países.

Um brinde a Einstein. Mesmo depois de morto, continua nos surpreendendo!