Ir direto para menu de acessibilidade.
Início do conteúdo da página
Últimas notícias

Nobel de Física deste ano contempla a observação das ondas gravitacionais

  • Publicado: Quarta, 20 de Dezembro de 2017, 15h43
  • Última atualização em Quarta, 03 de Janeiro de 2018, 12h43
  • Acessos: 136

Marc Casals, pesquisador do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), no Rio de Janeiro (RJ), a convite do Núcleo de Comunicação Social do CBPF, escreveu o comentário a seguir sobre o prêmio Nobel de Física deste ano, cujo tema contemplado foram as ondas gravitacionais

 

ONDAS GRAVITACIONAIS: UMA PROEZA CIENTÍFICA

 

Metade do prêmio Nobel de Física deste ano foi concedida ao teuto-americano Rainer Weiss, e a outra metade, à dupla de norte-americanos Barry Barish e Kip Thorne, pelas contribuições desses três físicos “ao detector LIGO e à observação de ondas gravitacionais”.

Ondas gravitacionais são uma consequência da teoria de relatividade geral, publicada pelo físico de origem alemã Albert Einstein (1879-1955), em 1915. Segundo esse ferramental teórico – uma das bases de sustentação da física contemporânea –, a gravitação não é uma força, mas, sim, o resultado da curvatura do espaço-tempo, um uno quadridimensional indissociável das três dimensões espaciais (altura, largura e comprimento) e do tempo. É a presença de matéria (ou energia) que faz com que o espaço-tempo se deforme, de modo semelhante a um tecido elástico esticado sobre o qual é colocada uma esfera pesada de metal.

Interagindo muito fracamente com a matéria, as ondas gravitacionais se propagam à velocidade da luz no vácuo (cerca de 300 mil km/s) e são responsáveis por alterar a curvatura do espaço-tempo, fazendo com que a distância entre os objetos seja alterada.

Einstein previu as ondas gravitacionais ainda em 1916, mas achou que não eram ondas ‘físicas’ ou observáveis. Foi apenas na década de 1950 que, finalmente, entendeu-se que as ondas gravitacionais eram, sim, ‘físicas’. Na década seguinte, o físico norte-americano Joseph Weber (1919-2000) construiu o primeiro detector de ondas gravitacionais, em forma de uma antena de alumínio.

Em 1974, Russell Hulse e Joseph Taylor descobriram o primeiro pulsar binário (estrelas massivas que giram uma em torno da outra e emitem ondas eletromagnéticas em intervalos muito precisos). À época, foi observado que esse sistema perdia energia a uma taxa semelhante à prevista pelo modelo de emissão de ondas gravitacionais.

A descoberta do primeiro pulsar binário deu a essa dupla de norte-americanos o Nobel em 1993.

 

Visão de longo prazo

Três pesquisadores tiveram a visão suficientemente longa e a compreensão o bastante profunda não só para achar que seria possível detectar diretamente ondas gravitacionais, mas também para entender a importância cientifica que isso teria.

Esses personagens são Weiss, Thorne e o escocês Ronald Drever (1931-2017), que fundaram, em 1984, o LIGO (sigla, em inglês, para Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria a Laser), projeto para detectar diretamente esse fenômeno e que ocupa atualmente dois sítios nos EUA, um em Livingston, no estado da Louisiana, e outro em Hanford, no estado de Washington.

 

Visão área do sítio do LIGO em Livingston (Louisiana)

(Crédito: LIGO Collaboration)

 

Basicamente, esse experimento consiste em dois longos feixes de laser (4 km de comprimento cada) que se cruzam e, nessa interseção, produzem um fenômeno óptico conhecido como interferência, caracterizado por ‘franjas’ luminosas. A passagem de ondas gravitacionais por esse local muda os comprimentos dos feixes, alterando ou destruindo essa figura.

Weiss, no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (EUA), desenhou o primeiro detector de ondas gravitacionais usando o método de interferometria, como aquele empregado pelo LIGO. Já Thorne – único teórico dos três –, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos EUA, investigou a forma das ondas gravitacionais segundo as diferentes possíveis fontes de emissão, mostrando que esse fenômeno poderia ser analisado com sucesso e qual a importância que isso teria.

Foi Thorne que recrutou, para o Caltech, Drever, físico experimental da Universidade de Glasgow (Escócia) que daria também contribuição crucial tanto ao desenho quanto à implementação da interferometria a laser.

Com igual visão inteligente de longo prazo, a Fundação Nacional de Ciência (agência de fomento nos EUA) decidiu financiar o LIGO, solicitando apenas que o projeto tivesse um diretor que não fosse um dos membros desse trio científico.

Rochus Vogt foi o primeiro diretor, substituído por Barish, em 1994, depois de problemas burocráticos que puseram o financiamento do experimento em risco. Barish, também do Caltech, conseguiu assegurar as verbas governamentais e garantiu a continuidade do LIGO, o que permitiu a participação de parte importante da comunidade científica internacional.

Em 2005, depois de ter deixado o experimento pronto para uma segunda etapa, Barish deixou a diretoria do LIGO para liderar outros projetos.

 

Proeza científica

Em 14 de setembro de 2015, o LIGO realizou uma proeza científica: detectou diretamente, pela primeira vez na história, ondas gravitacionais. Essas ondas foram geradas pela colisão de dois buracos negros com dezenas de vezes a massa solar, distantes cerca de 1,3 bilhão de anos-luz da Terra – cada ano-luz equivale a aproximadamente 9,5 trilhões de km.

O choque entre esses dois corpos devoradores vorazes de luz e matéria gerou energia maior do que aquela produzida por todo o universo visível no mesmo intervalo de tempo. As ondas gravitacionais resultantes dessa colisão viajaram pelo espaço-tempo à velocidade da luz, chegaram aos ‘braços’ de laser do LIGO e causaram nos feixes de laser um deslocamento impressionantemente diminuto, mas detectável pelo experimento: um milésimo da largura de um próton, algo como um milionésimo de trilionésimo de metro (10-18 m).

 

Simulação de ondas gravitacionais no espaço-tempo

(Crédito: LIGO Collaboration)

 

Depois disso, o LIGO fez mais quatro (e ‘meia’) detecções de ondas gravitacionais, igualmente emitidas por colisões de buracos negros. E, este ano, outro resultado: foram detectadas, pela primeira vez, ondas gravitacionais emitidas pela colisão de duas estrelas de nêutrons, em colaboração com o interferômetro europeu Virgo, o que permitiu uma espetacular observação tanto na faixa dos raios gama quanto da luz visível.

As ondas gravitacionais trazem com elas uma imensa riqueza de informação. Por exemplo, para a física teórica, as ondas gravitacionais servem para testar teorias de gravitação, assim como a equação que descreve certas propriedades (estado) de estrelas de nêutrons. Para a astrofísica, são úteis para estimar a população de objetos compactos (ultradensos) no cosmo e entender a origem desses corpos e também das chamadas explosões de raios gama, tidas como os fenômenos eletromagnéticos mais energéticos do universo. Na cosmologia, as ondas gravitacionais são uma ferramenta valiosa para medir a constante de Hubble, importante para medir a velocidade com a qual o universo se expande.

 

Amanhã brilhante

Esses são exemplos do que pôde ser feito até agora com o auxílio desse fenômeno. No futuro, não só os interferômetros atuais serão aperfeiçoados, mas também novos, mais avançados, irão entrar em operação. Isso vai permitir coletar dados mais precisos sobre as ondas gravitacionais e fenômenos correlatos e, talvez, detectar novas fontes emissoras, como supernovas (explosões estelares) ou flutuações que ocorreram logo depois do Big Bang. Espera-se até mesmo que o cardápio de fontes seja ampliado, incluindo aquelas hoje desconhecidas.

O anúncio da primeira detecção do LIGO foi feito apenas em 11 de fevereiro de 2016 – exatos 11 dias depois do prazo final, segundo as regras do prêmio, para nomeações para o Nobel daquele ano. O tema ficou, assim, para o ano seguinte.

O Nobel só é concedido a um máximo de três pessoas. Possivelmente, forte candidato ao prêmio, Drever, já doente, morreria em março deste ano, antes, portanto, do anúncio dos ganhadores. Vale lembrar que o artigo da primeira detecção tem mais de mil autores, e isso indica que, provavelmente, o futuro da ciência vai passar, cada vez mais, por grandes colaborações internacionais. E, simultaneamente, o amanhã da nova era da astronomia de ondas gravitacionais promete ser brilhante.

 

Marc Casals

CBPF

 

Mais informações:

LIGO (em inglês): www.ligo.org

Multimensageiro:

http://portal.cbpf.br/index.php/ultimas-noticias/437-esforco-planetario-foi-capaz-de-ver-e-ouvir-ondas-gravitacionais-vindas-da-colisao-entre-estrelas

Ondas gravitacionais (em inglês):

https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2017/popular-physicsprize2017.pdf

Vídeo sobre ondas gravitacionais (em inglês): https://youtu.be/YHS9g72npqA

 

 

 

registrado em:
Fim do conteúdo da página