Colisão de buracos negros e detecção de ondas gravitacionais: novas fronteiras atingidas pela Física e pela Astronomia com participação brasileira
Em 11 de fevereiro de 2016, foram anunciadas em todo o mundo duas descobertas de grande relevância para a comunidade científica internacional: a primeira detecção direta de ondas gravitacionais e a primeira observação da colisão e fusão de um par de buracos negros.
A colisão dos buracos negros, que gerou as ondas gravitacionais, ocorreu em uma galáxia distante mais de um bilhão de anos-luz da Terra. O evento foi observado em 14 de Setembro 2015 às 6h51min (hora de Brasília) pelos dois detectores do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria Laser (sigla LIGO, em inglês).
As ondas gravitacionais são oscilações do espaço-tempo causadas por qualquer massa que esteja acelerada. Elas são previstas pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein, e sua detecção direta foi amplamente festejada pelos cientistas, pois pode possibilitar novas formas de se estudar o universo.
Pelo formato do sinal detectado na Terra, foi possível inferir que as massas dos buracos negros equivaliam a 32 e 29 massas solares, com uma incerteza de aproximadamente 20%. Conhecendo essas massas, estima-se, pela Relatividade Geral, que a energia emitida na forma de ondas gravitacionais foi cerca de 3 vezes a massa do Sol, sendo a maior parte dela emitida em uma fração de segundo. A fusão dos dois buracos negros formou um único, de massa correspondente a 62 vezes a do Sol.
No LIGO foi detectado, pela primeira vez, um par de buracos negros, mas não se trata da primeira observação de buracos negros em geral. Ainda que, por definição, não seja possível “ver” a luz de um buraco negro, já que ele é tão denso e compacto que nem mesmo a luz poderia escapar de sua atração gravitacional, os astrônomos reuniram uma importante coleção de evidências de sua existência estudando os efeitos desses candidatos a buracos negros na área ao redor deles. Por exemplo, acredita-se que a maioria das galáxias, incluindo a Via Láctea, contenha um buraco negro supermassivo (∼ 106 vezes a massa do Sol) no seu centro.
LIGO é o maior observatório de ondas gravitacionais e um dos mais sofisticados experimentos de física do mundo. Ele consiste em dois grandes interferômetros a laser, localizados a ∼3000 km de distância, em Livingston, Louisiana e Hanford, Washington. LIGO usa as propriedades físicas da luz e do espaço para detectar ondas gravitacionais –
um conceito que foi proposto pela primeira vez nas décadas de 60 e 70 do século XX.
Um interferômetro como o LIGO consiste de dois braços perpendiculares (no caso do LIGO, esses braço medem 4 km cada) em que um feixe de laser é enviado e refletido pelos espelhos no final dos braços. Quando uma onda gravitacional passa, a ampliação e o encolhimento do espaço faz com que os braços do interferômetro se alonguem e encolham alternadamente, ou seja, um fica menor enquanto o outro fica maior e vice-versa.
Como os braços mudam de comprimento devido à passagem das ondas gravitacionais, os feixes de laser se deslocam distâncias diferentes através dos braços do interferômetro. Isso significa que os dois feixes não estão mais em fase, logo, surge um padrão de interferência nos sinais detectados. A diferença entre o comprimento dos dois braços é proporcional à intensidade da onda gravitacional que está passando. Em uma onda gravitacional típica, espera-se que essa amplitude de deformação seja, aproximadamente, menor que o diâmetro de um próton! Ainda assim, os interferômetros do LIGO são tão sensíveis que conseguem medir valores extremamente pequenos como esse.
A primeira detecção de ondas gravitacionais e a primeira observação da fusão de um par de buracos negros são conquistas significativamente notáveis, mas representam apenas os primeiros passos para novas pesquisas em Física e em Astronomia.
Existem dois grupos no Brasil, ambos no estado de São Paulo, que participam oficialmente da LSC (LIGO Science Collaboration). O primeiro deles está na Divisão de Astrofísica do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), em São José dos Campos, órgão do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação, o qual conta com seis membros. O outro grupo está no Centro Internacional de Física Teórica do Instituto de Pesquisa Fundamental da América do Sul (sigla ICTP-SAIFR, em inglês), localizado no Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual Paulista (IFT-UNESP), na cidade de São Paulo.
O grupo do INPE, dirigido por Odylio Aguiar, trabalha no aperfeiçoamento da instrumentação de isolamento vibracional do LIGO, na sua futura operação com espelhos resfriados e na caracterização dos detectores, buscando determinar as suas fontes de ruído.
Já o grupo do ICTP-SAIFR/IFT-UNESP, dirigido por Riccardo Sturani, trabalha na modelagem e análise dos dados de sinais de sistemas estelares binários coalescentes. A modelagem é particularmente importante porque as ondas gravitacionais têm interação muito fraca com toda a matéria, tornando necessárias, além de detectores de alto desempenho, técnicas de análise eficazes e uma modelagem teórica precisa dos sinais.
O professor Riccardo Sturani, do IFT-UNESP e do ICTP-SAIFR, é coautor do trabalho publicado no Physical Review Letters que anunciou a descoberta e é participante da colaboração internacional LIGO, que observou as ondas gravitacionais.
Vemos que a ciência brasileira tem participação em estudos internacionais de destaque. Muitas outras descobertas, com a participação do Brasil, ainda estão por vir!
Fonte:
Muito interessante a matéria, professora. Esclarecedora e, na medida do possível, de fácil entendimento por leigos. Não sabia que havia brasileiros envolvidos no projeto: isto torna a detecção das ondas gravitacionais não somente um fato importante para a ciência global, mas, principalmente, um fato importante para a ciência brasileira.
ResponderExcluirOi, Caio!
ResponderExcluirMuito obrigada por comentar. Fico feliz de que o texto tenha auxiliado na compreensão das ondas gravitacionais e no conhecimento do papel dos brasileiros no desenvolvimento científico mundial. Podemos participar ainda muito mais desta e de outras pesquisas. A sua geração tem papel importante nisso! Abraços!
Adorei o texto. Assisti uma reportagem a respeito LIGO e fiquei muito impressionado com todo o equipamento e agora fico feliz em saber que, de alguma forma, estamos representados lá também.
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