LIGO detecta ondas gravitacionais
Por volta de 1915 e 1916, Einstein quebrou o então conhecido sobre as regras do nosso universo, postulando que o espaço não era tão estático como a comunidade científica tinha sido levada a acreditar. Em vez disso, o físico alemão afirmou que a geometria do universo é constantemente curvada e distorcida pela energia e matéria que o rodeia. Essencialmente, esta teoria existiu como parte da base para o seu trabalho sobre
relatividade geral o que explica como a atração gravitacional observada entre massas é o resultado da deformação do espaço-tempo por essas mesmas massas. Hoje, o trabalho de Einstein sobre a relatividade geral continua a ser um dos pilares vitais da informação em astrofísica.
Apesar de seus avanços com a relatividade geral, Einstein carecia gravemente de meios para procurar ondas gravitacionais e até as considerava quase impossíveis de detectar. Hoje, no entanto, pesquisadores do Caltech e do MIT operam o dispositivo detector duplo LIGO, que possui a capacidade de detectar vibrações minúsculas da passagem de ondas gravitacionais. Em setembro de 2015, o dispositivo LIGO captou um sinal de energia 50 vezes maior do que todas as estrelas do universo combinadas (!) e excederam o padrão “cinco sigma” de estatística significado. Durante cinco meses, a equipe do LIGO dissecou o sinal convertendo-o em áudio e ouvindo os dois enormes buracos negros colidirem.
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“Na verdade, estamos ouvindo-os bater durante a noite”, diz professor assistente de física do MIT, Mateus Evans. “Estamos recebendo um sinal que chega à Terra, podemos colocá-lo em um alto-falante e podemos ouvir esses buracos negros dizerem “Uau”. Há uma conexão muito visceral com essa observação. Você está realmente ouvindo essas coisas que antes eram fantásticas.”
Co-fundada em 1992 por físicos Kip Thorne (com quem Christopher Nolan consultou famosamente por Interestelar), Ronald Drever do Caltech e do MIT Rainer Weiss, o experimento LIGO foi criado exclusivamente com o propósito de detectar ondas gravitacionais. Durante os primeiros oito anos de existência (2002-2010), não conseguiu detectar sequer uma onda gravitacional, fazendo com que o experimento sofresse um hiato temporário para a instalação de detectores aprimorados. Depois de uma reforma de cinco anos no valor de US$ 200 milhões, financiada principalmente pela National Science Foundation (NSF) - que na verdade custou US$ 620 milhões — as novas e melhoradas instalações do LIGO estavam instaladas e funcionando em Livingston, Louisiana, e Hanford, Washington.
No que diz respeito ao instrumento em si, cada local do LIGO possui um interferômetro em forma de L que mede aproximadamente 4 quilômetros de comprimento e utiliza um feixe de luz laser dividido que sobe e desce em cada braço. À medida que os lasers percorrem os braços, eles saltam entre uma série de espelhos posicionados com precisão, enquanto monitoram consistentemente o comprimento exato que percorrem entre cada espelho. Se, e neste caso, quando, uma onda gravitacional passar pelo instrumento, a distância que os lasers percorrem entre os espelhos mudará de uma maneira tão pequena que será quase imperceptível.
“Você quase pode visualizá-lo como se tivesse deixado cair uma pedra na superfície de um lago e a ondulação se apagasse”, diz Nergis Malvalvala, professor de astrofísica Curtis e Kathleen Marble do MIT. “[É] algo que distorce o espaço-tempo ao seu redor, e essa distorção se propaga para fora e chega até nós na Terra, centenas de milhões de anos-luz depois.”
Depois de executar simulações computacionais das ondas, foi determinado que a energia vinha de objetos medindo cerca de 29 e 36 vezes a massa do sol. Antes da colisão sobrenatural, os dois objetos estavam em espiral a apenas 210 quilômetros um do outro antes de finalmente se fundirem – também conhecidos como colidir um com o outro. De acordo com Bruce Allen, membro do LIGO, apenas os buracos negros são capazes de conter tanta massa em tal espaço confinado e acrescentou ainda: “antes que você pudesse argumentar em princípio se existem ou não buracos negros; agora você não pode.
Embora os cientistas do LIGO sejam capazes de relatar que a gravidade da colisão criou uma explosão invisível capaz de fazer um explosão da bomba atômica parecia uma mera faísca, passou a maior parte de cinco meses certificando-se de que a leitura inicial estava, em fato, real. À medida que a notícia escorria lentamente de um sinal gravitacional detectado, os cientistas trabalharam dia e noite para determinar se era genuíno ou não. As possíveis alternativas sobre a mesa variavam desde os sinais falsos do próprio laboratório (ou “injeções cegas”) até uma farsa totalmente desenvolvida e criada pelo homem. Essas possibilidades foram logo descartadas depois que a equipe percebeu que não estava realmente realizando nenhum teste de injeção às cegas e que um sinal fabricado era altamente improvável.
“Achamos que seria um enorme desafio provar a nós mesmos e aos outros que os primeiros os sinais que vimos não eram apenas acasos e ruídos aleatórios”, diz o diretor do laboratório MIT LIGO, David Sapateiro. “Mas a natureza foi incrivelmente gentil ao nos entregar um sinal que é muito grande, extremamente fácil de entender e absolutamente, magnificamente alinhado com a teoria de Einstein.”
Agora que a equipe provou efetivamente a existência de ondas gravitacionais, a própria estrutura da astrofísica, da relatividade geral e de todo o universo implora para ser visto de uma maneira diferente. Como Notas da Science Mag, O físico da Universidade Johns Hopkins, Marc Kamionkowski, reconhece que essas descobertas abrem a porta para os cientistas estudarem relatividade geral em condições extremas - isto é, casos em que o campo gravitacional de um corpo é responsável por quase todos os seus massa. O MIT também admite que os campos gravitacionais detectados pelo dispositivo LIGO são apenas a ponta do iceberg em termos da física fundamental do nosso universo.
“Isto realmente abre uma área totalmente nova para os astrofísicos”, acrescenta Matthew Evans. “Sempre olhamos para o céu com telescópios e procuramos radiações eletromagnéticas como luz, ondas de rádio ou raios X. Agora, as ondas gravitacionais são uma forma completamente nova de conhecermos o universo que nos rodeia.”
No futuro, a equipe do LIGO pretende continuar a analisar os dados coletados durante a recente execução observacional que terminou no mês passado – a primeira execução desse tipo usando os sensores atualizados do equipamento. Enquanto procura outros sinais de ondas gravitacionais na abundância de dados, o laboratório disse que também está se preparando para começar a registrar dados em julho deste ano. Evidenciado pelos comentários feitos por David Shoemaker, o laboratório não tem intenção de descansar sobre os louros das ondas gravitacionais.
“Em alguns anos, quando estiver totalmente comissionado, deveremos ver eventos de uma grande variedade de objetos: buracos negros, estrelas de nêutrons, supernovas, além de coisas que ainda não imaginamos, na frequência de uma vez por dia ou uma vez por semana, dependendo de quantas surpresas surgirem”, Shoemaker diz. “Esse é o nosso sonho e até agora não temos nenhuma razão para saber que isso não é verdade.”
Um resumo completo das descobertas da equipe publicado na Physical Review Letters em 11 de fevereiro, que explica melhor a maneira como os detectores LIGO detectaram as ondas gravitacionais. É um eufemismo chamar os resultados de revolucionários, já que a descoberta altera drasticamente até mesmo a compreensão mais básica do nosso universo. Que época absolutamente fascinante para se estar vivo, hein?
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