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Ondas gravitacionais de fundo foram encontradas. O que isso significa?

Por| Editado por Patricia Gnipper | 29 de Junho de 2023 às 14h53

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C. Henze/NASA Ames Research Center
C. Henze/NASA Ames Research Center

Após 15 anos de pesquisa, os astrônomos finalmente encontraram um vestígio de ondas gravitacionais de fundo no universo — ondulações espalhadas no espaço tempo, acumuladas ao longo da história do universo, causadas por eventos como colisões de buracos negros supermassivos.

O que são ondas gravitacionais?

Previstas pela Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein, as ondas gravitacionais ocorrem quando objetos massivos, como estrelas de nêutrons ou buracos negros, colidem entre si. Esses eventos estrondosos causam uma espécie de onda de choque através do espaço-tempo, como acontece quando a água de um lago ondula ao atiramos uma pedra.

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Embora tenham sido previstas há cerca de um século, as primeiras ondas gravitacionais só foram oficialmente detectadas em 2016, por cientistas do Observatório de Interferometria Laser de Ondas Gravitacionais dos Estados Unidos da América (LIGO).

Junto de outros detectores, como o Virgo e KAGRA, os cientistas já encontraram quase 100 eventos semelhantes, todos causados por colisões envolvendo buracos negros e estrelas de nêutrons — os objetos mais massivos do universo.

Mas ainda falta algo importante: se as colisões desses objetos causam ondas gravitacionais, por que tão poucas foram encontradas? Os choques entre buracos negros, por exemplo, acontecem no universo o tempo todo, e devem ter acontecido com muito mais frequência no universo jovem, quando ele era mais compacto e quente.

Ondas gravitacionais de fundo

A teoria mostra que as ondas gravitacionais devem ocorrer em muitos outros tipos de eventos, menos cataclísmicos, e se espalham por todo o universo desde o início dos tempos. Por outro lado, colisões ainda mais colossais — colisões de buracos negros supermassivos e suas emissões — também precisam causar essas ondulações.

Isso resultaria em um fundo de ondulações gravitacionais no espaço-tempo, uma verdadeira sinfonia acontecendo o tempo todo. Para ilustrar isso, imagine muitas pedrinhas sendo atiradas no lago, por muito tempo, de modo que as várias ondulações acabam se sobrepondo e cobrindo toda a superfície da água de modo intrincado e confuso.

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No universo, se pudéssemos enxergar essas ondas gravitacionais, a imagem seria semelhante. Mas não podemos, nem com os nossos olhos, nem com os detectores. A dificuldade vai além da limitação dos detectores, mas no próprio tamanho do nosso planeta, que é pequeno demais para essa tarefa.

Usando pulsares como detectores

Para superar essa limitação, os astrônomos usaram os pulsares, remanescentes de estrelas mortas altamente massivos. Esses objetos giram muito rápido e ejetam um jato luminoso de seus polos, de modo que, quando apontados em nossa direção, piscam em um intervalo de tempo incrivelmente preciso.

Os pulsares são muito úteis para a astronomia porque esses flashes permitem medir distâncias no universo. Eles giram a velocidades de milissegundos e, ao medir os intervalos, os astrônomos conseguem obter vários tipos de medições confiáveis, assim como um marinheiro que observa a luz giratória em um farol ao longe.

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Se esses intervalos de milissegundos são tão precisos, uma pequena variação pode significar que alguma coisa perturbou os objetos. Assim, os pesquisadores usaram essa dedução para buscar variações que possam denunciar a presença de ondas gravitacionais perturbando a precisão dos feixes.

Há cerca de dois anos, o International Pulsar Timing Array (IPTA), junto a outras colaborações de todo o mundo, publicou o primeiro resultado dessa pesquisa anunciando que talvez haviam encontrado uma pista das ondas gravitacionais de fundo por meio de pulsares. Em 2022, o segundo conjunto de dados foi publicado apresentando novos resultados e reforçando a possível descoberta.

Agora, várias equipes ao redor do mundo encontraram independentemente um sinal em pulsares perturbados, sugerindo que ondas gravitacionais gigantes, com longo comprimento de onda, estão percorrendo nossa galáxia. Times de cientistas na Austrália, Estados Unidos, Europa, China e Índia estão divulgando seus resultados simultaneamente em uma série de artigos.

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Nessa quinta-feira (29), um anúncio à imprensa foi transmitido ao vivo pelo NANOGrav, a equipe nos EUA, juntamente com as outras equipes que fizeram a mesma detecção. Foi necessário um estudo de 15 anos para encontrarem evidências o suficiente do zumbido de baixa frequência de ondas gravitacionais percorrendo todo o universo, e finalmente existe uma certeza de 99,349% de que a descoberta não é um erro.

Ainda não é a detecção em si dessas ondas gravitacionais, e ainda há muito trabalho a ser feito para atingir a porcentagem de certeza exigida pela ciência. Mas o fato de várias equipes chegarem a esse resultado significa que, muito provavelmente, estamos prestes a encontrar algo realmente incrível.

Por que isso é tão importante?

O fundo de ondas gravitacionais pode revelar segredos que os astrônomos estão há décadas tentando solucionar. Um dos principais deles é a origem dos buracos negros supermassivos — como eles ficaram tão grandes em tão pouco tempo?

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Uma das hipóteses é que eles são o resultado da colisão entre vários buracos negros à medida que as galáxias se fundiam. Com as ondas gravitacionais de fundo, os cientistas podem encontrar dados que descrevem essas colisões, já que as simulações desses eventos revelam exatamente o tipo de ondas seriam formadas em tais impactos.

Cientistas também esperam que as ondas gravitacionais de fundo ajudem a descobrir mais detalhes sobre os primeiros eventos após o Big Bang e fornecer evidências da gravidade quântica.

A confirmação das ondas gravitacionais de fundo dariam início a uma nova era da astronomia de ondas gravitacionais, uma ciência nova que já revelou coisas incríveis, como os detalhes da colisão entre estrelas de nêutrons e suas consequências.

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Os artigos da equipe PPTA vão ser publicados no The Astrophysical Journal Letters e no Publications of the Astronomical Society of Australia. Cinco artigos do NANOGrav vão aparecer no The Astrophysical Journal Letters, e o trabalho do Chinese Pulsar Timing Array vai ser publicado na Research in Astronomy and Astrophysics .

Fonte: National Science Foundation News