“Há alguns bilhões anos, dois buracos negros de cerca de 36 e 29 massas solares colidiram e se uniram, em alguns décimos de segundo, para dar nascimento a um buraco negro de cerca de 62 massas solares. Com a energia das 3 massas solares, foram emitidas ondas gravitacionais intensas, que chegaram para a Terra no dia 14 de setembro de 2015. Este dia entrou para a história como o dia em que os habitantes da Terra observaram pela primeira vez o nascimento de um buraco negro, graças às ondas gravitacionais”.

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Dois buracos negros se fundem em um só. Créditos: SXS Project

A detecção das ondas gravitacionais a partir da observação direta do fenômeno, feita pelo “Laser Interferometria Gravitational-Wave Observatory“, que ficou conhecido pela sigla LIGO, tornou-se pública em meados de fevereiro de 2016 e, pouco mais de um mês depois, muito ainda há para compreender em relação aos mistérios do Universo.

“A informação que tínhamos do cosmos foi concebida graças às ondas eletromagnéticas, como a luz em seus diferentes comprimentos de onda visível, infravermelha, ondas de rádio, raios-X, raios gama, etc. Agora, com a detecção das ondas gravitacionais, abre-se uma nova janela para compreender nosso universo”, explica o professor do Departamento de Física da Universidade Federal de Lavras (Ufla),  José Alberto Casto Nogales Vera.

Segundo Nogales, a importância das ondas gravitacionais seria equivalente à possibilidade de o ser humano ganhar um “sexto sentido”, um novo tipo de visão pela qual poderíamos “enxergar” nosso universo. “Com as ondas eletromagnéticas, temos informações sobre o Universo de 300 mil anos de idade. Já com as ondas gravitacionais, em um futuro próximo, poderemos ter informações do Universo desde os primeiros segundos de sua existência”, exemplifica o professor.

No vídeo é possível ouvir o som de dois buracos negros colidindo:

Confira na entrevista abaixo algumas questões ainda em aberto sobre uma das maiores descobertas científicas do século:

Minas Faz Ciência: Que fatores dificultam experimentos comprobatórios das leis da física? Por que as ondas só foram identificadas após 100 anos da teoria de Einstein?

Nogales: As ondas gravitacionais já tinham sido detectadas de forma indireta, em 1974, pelos físicos Hulse e Taylor que, observando pulsares (estrelas binárias), detectaram que elas perdiam energia em forma de ondas gravitacionais. Com estas primeiras observações, eles ganharam o premio Nobel de Física em 1993. A partir daí, a detecção tornou-se um desafio que somente poderia ser superado com o uso de tecnologias de alta precisão. Isso só foi possível com o LIGO.

Cada um dos espelhos usados no experimento LIGO foi feito de um bloco de pouco mais de 30 centímetros de largura, pesando quase 40 quilos. Todo o processo de polimento do espelho custa quase meio milhão de dólares, cada. Os espelhos são suspensos por um sistema de isolamento acústico porque até mesmo caminhar ou bater palmas por perto pode provocar a perturbação do sistema.

O sistema de isolamento sísmico é um dos mais avançados tecnologicamente. Os lasers foram desenvolvidos especificamente para este experimento. Todo o equipamento forma o que são os detectores do LIGO, que consiste de dois detectores gêmeos localizados nos EUA, um em Livingston, no estado de Louisiana, e um em Hanford, no estado de Washington, separados por 3030 km.

MFC: Como aconteceu a descoberta?

Nogales: Em 14 de setembro de 2015, na parte da manhã, o detector de Livingston observou um sinal muito forte de uma onda gravitacional e vibrou com uma amplitude máxima de 4 atmômetros (10-18 m), 200 partes de um raio de um próton. Sete milissegundos mais tarde, o mesmo sinal foi recebido no outro detector, em Hanford. O sinal, chamado GW150914, é idêntico em ambos os detectores e isto consagrou a nova era da tecnologia moderna e o nascimento de uma nova forma de enxergar o nosso Universo.

MFC: Que impactos essa descoberta pode trazer em médio e longo prazo?

Nogales: Quando as ondas gravitacionais passam pela Terra, o espaço-tempo que nosso planeta ocupa se estica e se comprime – não somente o Planeta, mas todos nós. Claro que a fração de estiramento e compressão é menor que a largura de um próton. Mas agora temos consciência que vivemos num mar de ondas gravitacionais.

Esta descoberta tem implicações enormes para o futuro da exploração da humanidade e do nosso universo. Nos próximos anos, poderemos detectar ondas gravitacionais do Big Bang (informação ocorrida hà 13,7 bilhões de anos), e confirmar ou refutar a teoria prevalecente da origem do universo conhecido.

Nosso nível de sofisticação com a instrumentação técnica apenas abriu as portas para a próxima era da Astronomia, em que podemos começar a fazer perguntas sobre o nosso Universo que ainda temos de imaginar. Para os físicos, é um momento de êxtase. As únicas ondas observadas anteriormente foram as ondas eletromagnéticas: sinais de rádio, raios-X e luz. Agora, podemos “observar” a outra metade do céu. Se tivéssemos que reescrever o livro de Gênesis, teríamos que substituir “Faça-se a luz” por “Façam-se a luz e as ondas gravitacionais”.

Estas novas ondas têm muito em comum com as ondas eletromagnéticas, mas sua origem é bem diferente, pois elas são ondulações do próprio espaço em que vivemos. Nós acenamos para o universo e ele acenou de volta em nossas vidas, de uma forma que poderíamos reconhecer.

O conceito de força gravitacional deverá ser mudado pois, segundo a Teoria da Relatividade, não existem forças: os corpos caem porque o espaço-tempo é curvo. Estes conceitos agora podem ser incorporados e estudados na escola, como o próprio Einstein sugeriu, basta ter uma noção de matemática básica. Estamos num momento em que devemos reavaliar a possibilidade de mudar o currículo da escola para um mais abrangente, interdisciplinar, que permita entender os avanços atuais da ciência e tecnologia.

MFC: Já podemos esperar o desenvolvimento de novas tecnologias a partir daí? De que tipo e com quais objetivos?

Nogales: Em 1831, numa das suas apresentações na Royal Society , o cientista autodidata Michael Faraday, descobridor da indução elétrica, foi questionado pela Rainha da Inglaterra, Alexandrina Vitória: “Tudo isto é muito interessante, Senhor Faraday, mas para que serve?”. Faraday teria respondido: “Majestade, para que serve um recém-nascido?”. Naquele momento, ninguém poderia imaginar o que estava por vir, uma revolução e tanto, a chamada revolução industrial elétrica.

Um outro exemplo foi a construção do laser em 1960, muitas pessoas achavam que não havia aplicações práticas. Agora, lasers estão por toda parte. Ingressamos na época da precisão, da nanotecnologia. Poderemos ter mais sensibilidade para observar outras faixas gravitacionais e compreender com maior precisão a evolução do nosso universo. A partir da experiência das ondas eletromagnéticas, podemos dizer que a próxima revolução tecnológica estará, sem duvida, em toda a tecnologia desenvolvida para detectar as ondas gravitacionais.

MFC: No imaginário popular, as “viagens no tempo” são um sonho que parece impossível, mas desejado. Qual a relação das ondas com as viagens no tempo? É exagero falar que isso pode se tornar uma realidade?

Nogales: Com a confirmação da existência das ondas gravitacionais, a teoria de Einstein parece descrever o Universo. Esta teoria nos permite refletir sobre a natureza do tempo, o que, consequentemente, permite que tenhamos nas nossas mãos a possibilidade de compreender cientificamente a natureza e o conceito de tempo e, sim, estudar a possibilidade de viagens no tempo.

Do ponto de vista da Relatividade Geral de Einstein, existem limitações a viagens no tempo pois, de fato, toda a humanidade está numa jornada ao futuro. Então, os estudos se centram na questão da viagem ao ao passado, mas, atualmente, não existe um consenso sobre estas viagens.

Ou seja, a Teoria da Relatividade geral sugere uma base científica para a possibilidade de viajar no tempo ao passado, em determinados cenários incomuns, mas quando os efeitos quânticos são incorporados na relatividade geral, essas brechas podem ser fechadas. Estes argumentos levaram Stephen Hawking a formular a “conjectura de proteção cronológica”, sugerindo que as leis básicas da natureza impedem a viagem no tempo, mas sem uma teoria que unifique teoria da mecânica quântica e a relatividade geral, a chamada “quântica da gravidade”, os físicos podem não chegar a uma conclusão definitiva sobre esta questão.

“Eu acho que a teoria da relatividade geral de Einstein é motivadora para a próxima geração de jovens cientistas”.


(Vídeo didático sobre o que são os buracos-negros, em inglês, com legendas em português)

Entenda: o que são as ondas gravitacionais?

Segundo a teoria da relatividade geral de Albert Einstein o espaço-tempo do nosso Universo emerge da massa dos corpos, como um tecido elástico que se deforma ao redor de um corpo. Assim as massas de uma estrela ou de um buraco negro formam e deformam o espaço-tempo ao redor delas. No universo quando acontece uma colisão de dois buracos negros uma perturbação se forma nesse espaço-tempo, como quando cai uma pedra na água. Essa perturbação forma ondulações do próprio espaço-tempo, ondas que viajam a velocidade da luz, e são estas ondulações as chamadas ondas gravitacionais.

As ondas gravitacionais foram preditas por Albert Einstein em um trabalho publicado no ano de 1916, e seriam uma das consequências da Teoria da Relatividade Geral, que foi proposta por ele em dezembro de 1915. Outros fenômenos astronômicos que foram explicados usando essa teoria são a expansão do universo, a precessão de Mercúrio e a deflexão da luz, que foi comprovada pela primeira vez em 1919. Esta teoria também prediz existência de buracos negros comprovados por observações indiretas, através de raios-X.