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Gravidade

Ondas gravitacionais:

Descoberta deixa cientistas eufóricos

Em investimento financiado pela NSF, ondas gravitacionais são

detectadas pela primeira vez, após 100 anos da previsão de Einstein.

Por Pepe Chaves*

De Belo Horizonte-MG

Para ASTROvia

12/02/2016

Einstein venceu Newton: tempo espaço não é plano e possui ondulações.

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Quando a teoria vira prática

A comunidade científica mundial está em alvoroço, pela primeira vez, cientistas de um projeto da Nasa observaram ondulações no tecido do espaço-tempo, chamadas de ondas gravitacionais. Isso poderá mudar os rumos da nossa compreensão do Universo, especialmente, no que se refere aos objetos e corpos celestiais deformados ou anômalos.

Essa descoberta só foi possível porque tais ondas gravitacionais chegaram até a Terra, vindas de um evento cataclísmico ocorrido a partir do universo distante. Com isso, uma importante previsão científica de 1915, é confirmada pela Teoria da Relatividade Geral, formulada pelo cientista alemão Albert Einstein, abrindo uma janela sem precedentes para a nossa compreensão do Cosmos. A importante novidade astronômica foi anunciada pela Nasa no dia 11/02/2016.

Ondas gravitacionais transportam informações que ainda não puderam ser obtidas, como por exemplo, sobre suas próprias origens e a natureza da gravidade. Os físicos concluíram que estas ondas gravitacionais detectadas foram produzidas durante momentos finais da fusão de dois buracos negros, para produzir um único e ainda mais massivo buraco negro. Esta colisão de dois buracos negros foi prevista, mas nunca observada.

Através da compreensão do mecanismo de funcionamento e propagação das ondas gravitacionais pelo espaço sideral, o homem poderá no futuro, controlar até mesmo a gravidade de seu planeta, e ainda, aperfeiçoar a navegação para longas viagens espaciais fora do sistema solar. E esta presente novidade pode ser somente o início de uma longa jornada.

LIGO confirmou existência de ondas gravitacionais

As ondas gravitacionais em questão foram detectados em 14 de setembro de 2015, às 05:51h (Eastern Daylight Time, 09:51 UTC) por astrônomos do Observatório Interferômetro Gravitacional de Onda Laser (LIGO), cujos instrumentos detectores, se localizam nos EUA, em Livingston, na Louisiana, e Hanford, em Washington.

Com base nos sinais observados, os cientistas do LIGO estimam que os buracos negros previstos neste evento possuíam massa aproximada, respectivamente, de 29 e 36 vezes a do Sol, tendo o epicentro do evento ocorrido faz 1,3 bilhões de anos. Esse evento cósmico liberou um material com cerca de três vezes a massa do Sol, que foi convertido em ondas gravitacionais em uma fração de segundo, com uma potência de pico próxima de 50 vezes maior do que a de todo o universo visível.

Esta massa de material liberado pelos buracos negros em colisão, que é formada exclusivamente por ondas gravitacionais, continua se propagando indefinidamente pelo espaço. E um dia, este material atravessou o corpo do planeta Terra e felizmente, pôde ser devidamente registrado pelos cientistas.

Ao analisar o tempo de chegada dos sinais pelo detector em Livingston, percebeu-se que este registrou o evento a apenas sete milissegundos antes do detector localizado em Hanford. Os cientistas afirmam que a fonte de irradiação foi localizada no hemisfério sul.

Ideia de Einstein derruba a de Newton: tecido do tempo-espaço

não é plano, mas possui ondulações gravitacionais.

Colisão de buracos negros: a fonte da descoberta

De acordo com a Teoria da Relatividade Geral, um par de buracos negros, onde um orbita em torno do outro perderá energia através da contínua emissão de suas respectivas ondas gravitacionais, levando-os a aproximar-se progressivamente ao longo de bilhões de anos e muito mais rapidamente nos momentos finais.

Durante a parte final do processo, os dois buracos negros colidem a cerca de metade da velocidade da luz e formam um único buraco negro, agora mais maciço. Isso ocorre de acordo com a fórmula de Einstein: E = mc 2. Esta energia é emitida como uma forte explosão final de ondas gravitacionais. São estas ondas gravitacionais que o LIGO tem observado.

Os Observatórios do LIGO são financiados pela National Science Foundation (NSF) e foram concebidos, construídos e operados pela Caltech e pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). A descoberta, oficialmente aceita para publicação na revista científica Physical Review Letters, foi feita através da Colaboração LIGO Scientific (que inclui o GEO e o Consórcio Australiano para Astronomia Interferométrica Gravitacional), com a colaboração da empresa Virgo, utilizando dados dos dois detectores do LIGO.

Joseph Taylor Jr. e Russell Hulse

A existência das ondas gravitacionais foi demonstrada pela primeira vez nas décadas de 1970 e 1980 por Joseph Taylor Jr. e seus colegas. Em 1974, Taylor e Russell Hulse descobriram um sistema binário composto por um pulsar em órbita de uma estrela de nêutrons. Taylor e Joel M. Weisberg, em 1982, descobriram que a órbita desse pulsar foi diminuindo lentamente ao longo do tempo, por causa da liberação de energia na forma de ondas gravitacionais.

Essa descoberta mostraria que, no futuro (no caso, na atualidade), poderia ser possível a medição particular de ondas gravitacionais. Hulse e Taylor foram agraciados com o Prêmio Nobel de Física, em 1993.

A nova descoberta do LIGO registra a primeira observação de ondas gravitacionais em si, feita pela medição dos pequenos distúrbios que essas ondas produzem no espaço e tempo, à medida que passam através da Terra.

Colisão de buracos negros mostrou o lado prático da teoria de Einstein.

Investimentos e colaborações: descobertas

A descoberta foi possível, sobretudo, pelos últimos investimentos financeiros no LIGO, aumentando a sensibilidade dos seus instrumentos - em comparação com os detectores LIGO da primeira geração -, permitindo assim, um grande aumento no volume de sondagem do Universo e a descoberta de ondas gravitacionais durante a sua primeira observação.

Nos EUA, a National Science Foundation (NSF) fornece apoio financeiro para o LIGO. Este apoio envolve também organizações de financiamento na Alemanha (Max Planck Society), Reino Unido (Conselho de Ciência e Tecnologia, STFC) e Austrália (Australian Research Council). Todos assumiram compromissos significativos para a realização do projeto. Várias das tecnologias-chave que tornaram os equipamentos do LIGO muito mais sensíveis foram desenvolvidas e testadas com a colaboração da UK GEO, na Alemanha.

Recursos computacionais significativos foram recebidos da AEI Hannover Atlas Cluster, Laboratório LIGO, Syracuse University e da Universidade de Wisconsin-Milwaukee. Várias universidades projetaram, construíram e testaram componentes-chave para o Advanced LIGO, tais como, The Australian National University, na Universidade de Adelaide, Universidade da Flórida, Universidade de Stanford, Universidade de Columbia da cidade de Nova York e a Louisiana State University.

O trabalho de pesquisa do LIGO foi realizado através da Colaboração LIGO Scientific (LSC), um grupo que reúne mais de 1000 cientistas de universidades nos Estados Unidos e em outros 14 países. Mais de 90 universidades e institutos de pesquisa desenvolveram tecnologia de detecção e análise de dados no LSC; cerca de 250 estudantes são membros contribuintes da Colaboração.

A rede detectora LSC inclui os interferômetros LIGO e o detector GEO600. A equipe GEO inclui cientistas do Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein, AEI), Leibniz Universität Hannover (Alemanha), juntamente com parceiros da Universidade de Glasgow (Escócia), Cardiff University, da Universidade de Birmingham (Reino Unido), entre outras universidades do Reino Unido, além da Universidade das Ilhas Baleares, na Espanha.

A colisão de dois buracos negros gerou as ondas necessárias para se constatar a descoberta.

Pioneiros e cientistas envolvidos falam da descoberta

David H. Reitze, da Caltech, diretor-executivo do Laboratório LIGO, declarou, "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 para assim, apropriadamente, cumprir o legado de Einstein, no ano do 100º aniversário de sua Teoria da Relatividade Geral".

Gabriela González, porta-voz do LSC e professora de Física e Astronomia na Universidade Estadual de Louisiana, acredita que, "Esta detecção é o começo de uma nova era: o campo da Astronomia para Ondas Gravitacionais é agora uma realidade".

Na década de 1980, a criação do LIGO foi originalmente proposta como um meio para detectar estas então supostas ondas gravitacionais, tendo a frente Rainer Weiss, professor de Física, Emérito, do MIT; Kip Thorne e Richard P. Feynman, professor de Física Teórica, Emérito da Caltech; além de Ronald Drever, professor de Física, Emérito, também da Caltech.

Após a confirmação da descoberta, o pioneiro Rainer Weiss, afirmou, "A descrição desta observação é muito bem demonstrada na Teoria da Relatividade Geral, formulada por Einstein há 100 anos e compreende-se no primeiro teste da teoria para forte gravitação. Seria maravilhoso ver o rosto de Einstein agora, se pudéssemos dizer isso a ele", imaginou o cientista.

O também pesquisador pioneiro do LIGO, Kip Thorne, declarou que, "Com esta descoberta, nós, seres humanos estamos embarcando em uma nova e maravilhosa missão: a busca para explorar o lado deformado de objetos encontrados no universo - além de outros fenômenos do espaço-tempo deformado. E a colisão de buracos negros e as ondas gravitacionais são os nossos primeiros bons exemplos disso".

O trabalho de pesquisa da Virgo é realizado pela Colaboração Virgo, que consiste em mais de 250 físicos e engenheiros pertencentes a 19 diferentes grupos de investigação europeus, sendo, seis do Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), na França; oito do Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) na Itália; dois na Holanda (Nikhef); um no Wigner RCP na Hungria; um no grupo POLGRAW na Polônia. O Observatório Gravitacional Europeu (EGO) hospeda o detector Virgo e está localizado próximo de Pisa, na Itália.

O porta-voz da Virgo, Fulvio Ricci, observa que, "Este é um marco significativo para a Física, porém, o mais importante é que seja apenas o início de muitas novas e excitantes descobertas astrofísicas nesta parceria LIGO e Virgo".

Bruce Allen, diretor do Instituto Max Planck de Física Gravitacional, do Albert Einstein Institute, acrescentou, "Einstein pensava que as ondas gravitacionais eram muito fracas para serem detectadas, mas não acreditava que isso ocorreria por causa de buracos negros. Contudo, neste caso, eu creio que ele não teria se importado de estar errado".

Segundo declarou David Shoemaker, do MIT, líder do projeto para a Advanced LIGO, "Os avançados detectores LIGO formam uma central de ciência e tecnologia, somente tornada possível por uma equipe internacional verdadeiramente excepcional, formada por técnicos, engenheiros e cientistas. Estamos muito orgulhosos por finalizarmos este projeto financiado pela NSF, dentro do tempo e do orçamento previstos".

De acordo com France Córdova, diretor da NSF, "Em 1992, quando o financiamento inicial do LIGO foi aprovado, este representou o maior investimento da história da NSF. Foi um grande risco. Mas, a National Science Foundation é uma agência que naturalmente corre este tipo de risco. Apoiamos ciência e engenharia, que são fundamentais no caminho para uma descoberta; caminho esse que não é nada claro. Nós financiamos pioneiros. É por isso que os EUA continuam a ser o líder global no avanço do conhecimento".

Enfim, a presente descoberta de ondas gravitacionais, chefiada por cientistas norte-americanos vem comprovar que as ideias do físico alemão Albert Einstein (que previam um tempo-espaço com ondulações gravitacionais) se sobressaíram na prática às do físico britânico Isaac Newton (que previam um tempo-espaço plano).

* Pepe Chaves é editor do diário digital Via Fanzine e da Rede VF.

- Com informações de Nasa/Caltech/LIGO e tradução do autor para Via Fanzine.

- Imagens: NASA/Caltech/LIGO

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