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No balanço das ondas gravitacionais

por Antonio Luiz M. C. Costa publicado 12/02/2016 10h34
Detecção anunciada nos EUA reafirma a teoria da relatividade e cria uma nova forma de observação astronômica
Saul Loeb / AFP
Kip Thorne e Rainer Weiss

Kip Thorne (à dir.) e Rainer Weiss, fundadores do LIGO, durante entrevista coletiva em Washington, na quinta-feira 11. Descoberta é um marco na ciência

Na quinta-feira 11, foi anunciada a primeira detecção direta bem-sucedida de ondas gravitacionais, cuja existência foi prevista pela teoria da relatividade de Albert Einstein em 1915.

O estudo completo, Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger (em PDF) está disponível no site do projeto LIGO. É assinado por uma equipe de 963 colaboradores encabeçada por Brian P. Abbott e que inclui os brasileiros O. D. Aguiar, M. Constancio Jr., C. A. Costa, E.C. Ferreira e A. D. Silva, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) de São José dos Campos (SP).

O LIGO (Laser Interferometer Gravitational  Wave Observatory, ou seja, Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser) é um projeto de 620 milhões de dólares do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (o MIT) e do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech).

É formado por dois complexos separados por 3.002 quilômetros, um situado na Luisiana, sudeste dos EUA, e outro no estado de Washington, no Pacífico, cada um dos quais formados por dois braços perpendiculares, cada um deles de quatro quilômetros de comprimento.

A separação entre os complexos permite descartar vibrações e ruídos aleatórios. A detecção se confirma apenas quando os dois registram a mesma ondulação. Começou a operar em agosto de 2002 e funcionou até 2010 sem detectar nada de conclusivo. Foi então fechado para uma reforma que aumentou em quatro vezes sua sensibilidade e voltou a funcionar em setembro de 2015 e desta vez conseguir um resultado quase imediato.

Segundo a teoria da relatividade, a gravidade resulta da curvatura do espaço-tempo provocada pela presença de massa e quando uma massa se desloca pelo espaço em movimento acelerado provoca ondas detectáveis em princípio pelo seu efeito na compressão e dilatação de objetos físicos, mas extremamente tênues, razão pela qual a comprovação da previsão teórica, contida na Teoria da Relatividade Geral publicada por Albert Einstein em 25 de novembro de 2015, demorou um século.

No caso do LIGO, cada um dos braços de quatro quilômetros foram comprimidos ou dilatados no equivalente a 10^-21 vezes seu comprimento ou um máximo de 0,000000000000000004 metro, cerca de 1/200 do raio de um próton, medido com um laser que consegue detectar variações até 40 vezes menores. O evento durou menos de meio segundo e produziu ondas com frequência de 35 a 250 hertz (ciclos por segundo).

O efeito é sutil, mas sua causa foi a mais estrondosa que se possa imaginar. Segundo a equipe de cientistas, as ondas captadas em 14 de setembro de 2015 foram produzidas pelo choque e fusão de dois grandes buracos negros, um deles de massa 36 vezes maior que a do Sol e outro 29 vezes, a uma distância de 1,3 bilhão de anos-luz (de modo que o evento se produziu há 1,3 bilhão de anos) em algum ponto do hemisfério celeste sul.

Buracos negros
Choque e fusão de buracos-negros ocorrida há 1,3 bilhão de anos foi detectada pelo equipamento (Foto: Divulgação / Caltech)

A colisão resultou em um buraco negro de 62 massas solares e irradiou o equivalente a três massas solares em energia de ondas gravitacionais em uma fração de segundo. A potência irradiada no pico foi estimada no equivalente a 50 vezes a produção de energia de todo o universo visível.

A comprovação da existência das ondas gravitacionais é a primeira observação da fusão de dois buracos negros massivos e a prova da existência dessa classe de corpos celestes. Quase certamente, garantirá o próximo Nobel de Física e também inaugura um novo canal de observação de eventos cósmicos que trará mais informações sobre a estrutura e natureza do Universo.

O LIGO será gradualmente aperfeiçoado de modo a aumentar em três vezes sua sensibilidade e alcance até 2021. A equipe informa que espera detectar de 3 a 90 eventos semelhantes de colisões de buracos negros em cada ciclo de operações do equipamento (de cerca de 16 dias) e acredita que terá no final de 2016 um número suficiente de observações para medir com precisão a frequência e distribuição de massas das fusões de buracos negros em todo o universo. 

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