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Novas observações astronômicas reforçam teoria da relatividade

Novas observações astronômicas apresentaram provas adicionais que reforçam uma das premissas da teoria geral da relatividade, que dita que todos os objetos em queda livre em um campo gravitacional se aceleram de forma idêntica, segundo um trabalho publicado nesta quarta-feira na revista Nature.

Novas observações astronômicas reforçam teoria da relatividade

A teoria, desenvolvida por Albert Einstein em 1915, diz que a aceleração deve ser a mesma com independência do próprio campo gravitacional dos corpos que caem, inclusive se forem objetos tão maciços como uma estrela de nêutrons.

O princípio que Einstein usou na sua teoria já tinha sido defendido antes por cientistas como Galileu Galilei, no século 16, e diversos experimentos o demonstraram em vários ambientes.

Em 1971, o astronauta americano David Scott protagonizou uma das experiências mais conhecidas, ao deixar cair sobre a superfície da lua um martelo e uma pluma, que chegaram ao solo ao mesmo tempo.

Para pôr a toda prova esse prognóstico em um ambiente mais extremo, um grupo do Instituto Holandês de Radioastronomia (ASTRON) liderado por Anne Archibald estudou o movimento de um sistema estelar triplo, formado por uma estrela de nêutrons orbitada por uma anã branca, que por sua vez mantêm outra anã branca orbitando a uma distância maior.

Os físicos analisaram como a atração da estrela mais distante afeta o sistema binário interior, que também conta com um potente campo gravitacional.

Teoria quântica vence Einstein mais uma vez em estudo holandês

Os autores do estudo publicado na Nature calcularam que a diferença entre as acelerações detectadas na anã branca e a estrela de nêutrons é da ordem de apenas 2,6 milionésimos, o que apoia o princípio de equivalência postulado pela relatividade geral.

As observações de Archibald aprimoram as obtidas até o momento em testes similares, que tinham chegado a uma resolução de milésimos.

“Se a estrela de nêutrons e a anã branca interna caíssem com diferentes acelerações para a anã branca do exterior, seria perceptível uma ligeira deformação na órbita do sistema interior”, afirma o físico Clifford Will, da Universidade da Flórida, em artigo na “Nature” que acompanha o estudo do grupo holandês.

“Archibald e seus colegas apresentam uma análise baseada em cerca de seis anos de coleta de dados na qual não há provas dessa deformação”, descreve Will.

Pesquisadores encontram a estrela mais distante do universo

Uma equipe internacional de pesquisadores encontrou a estrela mais distante já vista, a nove bilhões de anos-luz da Terra, segundo um estudo publicado nesta segunda-feira pela revista “Nature Astronomy”.

ESTRELA MAIS DISTANTE - Pesquisadores encontram a estrela mais distante já vista, a nove bilhões de anos-luz da Terra, que foi batizada de Icarus (um fenômeno conhecido como lente gravitacional, no qual um objeto amplia a luz dos

Pesquisadores encontram a estrela mais distante do universo.

Enquanto os astrônomos observavam com o Telescópio Espacial Hubble o aglomerado de galáxias MACS J1149+2223, a cinco bilhões de anos-luz de distância, notaram uma luz ao fundo da imagem.

A equipe, liderada pelo pesquisador Patrick Kelly da Universidade de Berkeley (Califórnia), nomeou a estrela supergigante azul de Icarus, cujo brilho foi ampliado duas mil vezes pela gravidade do aglomerado de galáxias.

Essa gravidade reduziu o espaço-tempo para magnificar a imagem de Icarus, um fenômeno conhecido como lente gravitacional, no qual um objeto amplia a luz dos objetos cósmicos situados diretamente atrás deles.

A descoberta é interessante porque as estrelas individuais, ao contrário das galáxias, são difíceis de serem detectadas devido à luz fraca.

Além disso, o descobrimento de Icarus é importante para os pesquisadores que estudam a matéria escura porque sua interação com a matéria tem um efeito considerável no padrão de estrelas ampliadas.

A partir do padrão de estrelas magnificadas neste estudo, a equipe de cientistas, formada também por pesquisadores da Universidade de Tóquio, puderam excluir a possibilidade que a matéria escura seja formada principalmente por uma grande quantidade de buracos negros com massas dezenas de vezes maiores que o Sol.

Os astrônomos determinaram que ainda descobrirão muitas estrelas magnificadas quando entrar em funcionamento o Telescópio James Webb, propriedade da Nasa, da Agência Espacial Europeia e da Agência Espacial do Canadá.

Seria a misteriosa matéria escura formada por buracos negros

Sabe tudo que existe? Você, sua mãe, o Sol, a constelação de Órion e os bons bilhões de galáxias que não são a Via Láctea? Pois é, essa porção de coisas – que em conjunto é chamada pelos físicos de “matéria bariônica” – corresponde a só 15% da massa do Universo. O resto é uma substância misteriosa chamada “matéria escura”. Ela não interage com a matéria normal. Não emite radiação detectável nem reflete a radiação que a atinge. Inclusive, pode ser que haja um pouquinho dela debaixo do seu nariz nesse exato momento. Tanto faz.

 A ideia de que um anel de buracos negros possa explicar o movimento das galáxias é improvável – mas não impossível

Seria a misteriosa matéria escura formada por buracos negros?

Só sabemos que ela está lá porque, se não fosse sua influência gravitacional, as galáxias simplesmente não poderiam girar da maneira como giram. A matéria escura existe para justificar um dos únicos descompassos entre as previsões teóricas da elegante Relatividade Geral de Einstein e o que acontece no espaço de verdade.

A maior parte dos especialistas concorda que, se a matéria escura existe mesmo, então ela é algo diferente dos prótons, nêutrons e elétrons que nos compõem. Algo que ainda está além do alcance da ciência. Mas um pequeno grupo de dissidentes acha que ela é composta de velhos conhecidos nossos: buracos negros. Montes deles.

Essa hipótese não é nova – afinal, astros tão pesados que engolem até a luz são bons candidatos a formar coisas invisíveis, capazes de influenciar a rotação de galáxias inteiras. Mas da década de 1970 pra cá, diversas observações, simulações de computador e modelos teóricos foram na contramão dessa hipótese. Ela só voltou a ser popular no mainstream científico em 2015, quando o observatório LIGO detectou pela primeira vez ondas gravitacionais oriundas de um choque entre dois buracos negros – cada um deles com dezenas de vezes a massa do Sol.

Não é que a colisão tenha invalidado tudo que se sabia sobre matéria escura até então: a teoria continua tão sólida quanto sempre foi. Mas a percepção de que há choques entre buracos negros ocorrendo com frequência a bilhões de anos-luz daqui reacendeu em alguns físicos cabeça aberta a esperança de que esses monstros cósmicos sejam mais comuns do que parece – de que sua população seja grande o suficiente para justificar uma teoria alternativa sobre o inexplicável equilíbrio gravitacional de aglomerados de estrelas como a Via Láctea.

Essa alternativa à matéria escura vai assim: para dar o empurrãozinho que corresponde às observações – que reconciliaria Einstein com o Universo real, como já explicado há alguns parágrafos –, todas as galáxias precisariam estar assentadas em uma espécie de cama (um halo) formada por milhares de buracos negros primordiais. Um buraco negro primordial não é um dos comuns, formado quando uma estrela de altíssima massa explode ao final de sua vida. Ele é uma singularidade que nasceu na juventude do Universo, provavelmente por causa do “desabamento” de enormes nuvens de gás hidrogênio – sem antes passar pelo estágio de estrela.

Esse halo de buracos primordiais teria densidade e outras características diferentes de um halo formado por partículas da misteriosa matéria escura, o que permitiria um desempate entre as duas ideias. Para ver se essas diferenças poderiam ser medidas por nós, daqui da Terra, a equipe do astrônomo Qirong Zhu, da Universidade Estadual da Pensilvânia, rodou uma simulação de computador para descobrir como, exatamente, galáxias anãs seriam afetadas pelo fenômeno. Galáxias anãs têm pouco brilho e os corpos que as compõem estão mais sujeitos a serem influenciados visivelmente pela presença de corpos invisíveis em seu entorno, o que as tornam bons laboratórios para especulações cósmicas.

Eles concluíram que sim, que buracos negros são uma alternativa viável à matéria escura, e que nós conseguiríamos notar as diferenças entre os dois. Basta que as singularidades tenham algo entre 2 e 14 vezes a massa do Sol, o que é bem aceitável. Mas isso não significa, é claro, que o mistério esteja resolvido: ainda estamos muito, muito longe de saber a identidade de 85% do Universo. Há mais coisas no vão entre uma galáxia e outra do que imagina nossa vã filosofia.

 

 

Equipe acha galáxia sem matéria escura

Um grupo de astrônomos americanos publicou uma descoberta extremamente importante para confirmar a existência da misteriosa matéria escura. Eles encontraram uma galáxia sem matéria escura.Equipe acha galáxia sem matéria escura

Parece paradoxal que uma galáxia assim possa ser evidência da existência de algo que ela não tem, mas é exatamente esse o caso. Palmas, portanto, para a galáxia NGC1052-DF2, localizada a aproximadamente 65 milhões de anos-luz daqui.

Os astrônomos costumam “pesar” galáxias medindo a luz que elas emanam — que dão pistas da massa existente em termos de gás e estrelas ali — e o movimento dos objetos mais externos da galáxia em questão, que, em sua órbita, segundo a gravidade conforme descrita pela teoria da relatividade geral, precisam obedecer à quantidade total de massa presente. Normalmente, esses dois conjuntos de medidas sugerem que cada galáxia tem cerca de 30 vezes mais massa do que a que é visível diretamente por sua luz. Daí o nome “matéria escura” — trata-se de algo que exerce gravidade, mas não interage com a matéria convencional de nenhum outro modo.

Entra em cena a galáxia NGC1052-DF2. Combinando observações feitas com o Telescópio Espacial Hubble ao estudo espectroscópico de dez objetos pertencentes à galáxia que parecem ser aglomerados globulares de estrelas, feito com o telescópio de 10 metros do Observatório Keck, no Havaí, os pesquisadores puderam medir tanto a massa visível quanto a massa total, baseada no movimento dos aglomerados. E aí veio a surpresa: a massa visível bate com a massa total. Estamos diante de uma galáxia que não tem matéria escura.

“NGC1052-DF2 demonstra que a matéria escura não está sempre associada à matéria bariônica em escalas galácticas”, afirmam Pieter van Dokkum, da Universidade Yale, e seus colegas, em artigo publicado nesta semana no periódico Nature.

Equipe acha galáxia sem matéria escura

O achado é um grande alívio e compõe o conjunto de evidências reunidas pelos cientistas de que a matéria escura existe mesmo, e não é simplesmente um artefato gerado por uma compreensão deficiente da lei da gravidade nas maiores escalas. Se o que medimos como matéria escura fosse na verdade um problema com a teoria da relatividade geral, sempre que houvesse grande quantidade de matéria convencional, bariônica, haveria também um sinal de matéria escura.

No passado, os pesquisadores já haviam encontrado um par de aglomerados de galáxias distante, conhecido como o “aglomerado da bala”, em que a colisão entre os dois separou matéria escura da matéria convencional. Agora, com a descoberta de que a galáxia NGC1052-DF2 não tem matéria escura, fica mais uma vez constatado que não se trata apenas de um entendimento deficiente de como funciona a gravidade — há algo real, que pode ou não estar presente em galáxias e aglomerados galácticos.

Há modelos que explicam como pode haver galáxias sem matéria escura. No caso em questão, uma hipótese provável, segundo os cientistas, é que a galáxia tenha se formado a partir de um bolsão de gás que foi ejetado durante uma colisão de galáxias maiores. Na trombada, uma parte do gás é ejetada, mas a matéria escura das galáxias maiores não, reunindo-se ao redor das duas galáxias fundidas. “A localização [de NGC1052-DF2] próxima a uma galáxia elíptica e sua velocidade peculiarmente alta são consistentes com essa ideia”, explicam os cientistas em seu artigo.

Ao que parece, Einstein triunfará mais uma vez, e as teorias alternativas da gravidade capazes de dispensar a existência da matéria escura vão ficando pelo caminho. Resta, contudo, o grande enigma: se já sabemos o que a matéria escura não é, resta descobrir o que de fato ela é! De que é feita? Que tipo de partículas? Por que elas não interagem com a luz e com a matéria, exceto pela gravidade? Galáxias como a NGC1052-DF2 são só a proverbial ponta do iceberg.

Físicos buscam realidade além de matéria, energia, espaço e tempo

Embora provavelmente não tivesse a intenção de provocar algo tão chocante, Nicolau Copérnico, em um tratado do século 16, deu origem à ideia de que os seres humanos não ocupam um lugar especial no céu. Quase 500 anos depois, passamos a nos ver apenas como uma espécie a mais em um planeta orbitando em torno de uma estrela no universo que chamamos de lar. E este pode ser apenas um dos muitos universos.

Físicos buscam realidade além de matéria, energia, espaço e tempo
GEORGE JOHNSON
DO “NEW YORK TIMES”

Apesar dos sucessivos rebaixamentos, continuamos confiantes de que nosso bando de primatas dispõe do que é necessário para entender o cosmos.
É quase dado como certo que tudo, da física à biologia, passando pela mente, se resume afinal de contas a quatro conceitos fundamentais: matéria e energia interagindo em uma arena de espaço e tempo.

Mas alguns céticos desconfiam que esteja faltando uma peça essencial. Não há razão para crer que, neste século em particular, o Homo sapiens já tenha juntado todas as peças necessárias para uma teoria de tudo. Ao deslocar a humanidade de uma posição privilegiada, o princípio copernicano se aplica não apenas a onde estamos no espaço, mas a onde estamos no tempo.

Desde que foi publicado, em 2012, “Mind and Cosmos” (mente e cosmos), do filósofo Thomas Nagel, tem causado muita polêmica. Nagel rejeita a ideia de que o universo se resume a matéria e forças físicas. Ele também duvida de que as leis da evolução possam ter produzido algo tão excepcional como a vida senciente.

Nagel, que é ateu, acredita que as respostas ainda podem ser encontradas por meio da ciência, mas somente se ela for expandida. “Os seres humanos são viciados na esperança de um acerto de contas final”, escreveu, “mas a humildade intelectual exige que resistamos à tentação de pressupor que o tipo de ferramentas que temos agora são, em princípio, suficientes para entender o universo como um todo”.

Nagel considera surpreendente que o cérebro humano tenha desenvolvido uma ciência e uma matemática tão em sintonia com o cosmos, o que torna possível prever e explicar tantas coisas. Os neurocientistas acreditam que tais faculdades mentais de alguma forma decorrem da sinalização elétrica dos neurônios. Mas ninguém conseguiu chegar perto da explicação de como isso ocorre. Isso, como propõe Nagel, pode exigir outra revolução: mostrar que a mente, em conjunto com a matéria e a energia, é “um princípio fundamental da natureza” -e que vivemos em um universo preparado para “gerar seres capazes de compreendê-lo”. Em vez de ser uma série de mutações aleatórias, a evolução teria uma direção, talvez até mesmo um propósito.

Nagel não está sozinho ao defender tais ideias. O biólogo Stuart Kauffman sugeriu que a teoria darwinista precisa ser ampliada para explicar o surgimento de criaturas inteligentes. E o filósofo David Chalmers pediu aos cientistas que considerem seriamente o “pampsiquismo” -a ideia de que algum tipo de consciência, ainda que rudimentar, permeia as coisas do universo.

Agora, um novo livro do físico Max Tegmark sugere que um ingrediente diferente -a matemática- precisa ser incorporado à ciência como uma das partes irredutíveis da natureza.

Tegmark, em seu livro “Our Mathematical Universe: My Quest for the Ultimate Nature of Reality” (nosso universo matemático: minha busca pela natureza suprema da realidade), diz que o universo é uma estrutura matemática.

Mas os números, apesar de todo o poder, seriam realmente a raiz da realidade? Ou são um produto da mente humana? O matemático Edward Frenkel observou, ao resenhar o livro, que apenas uma pequena parte do vasto oceano da matemática parece descrever o mundo real. O resto parece dizer respeito apenas a ela própria.

Em última análise, pode ser que, daqui a milênios, a ciência na Terra por volta de 2014 pareça ter sido apenas bom começo, e nada mais que isso.

GEORGE JOHNSON
DO “NEW YORK TIMES”

Vulcano, o planeta procurado por mais de meio século e que Einstein ‘expulsou’ do céu

A lei da gravitação universal, formulada por Newton em 1687, foi usada para elaborar a hipótese de que Vulcano orbitava próximo a Mercúrio

Vulcano, o planeta procurado por mais de meio século e que Einstein ‘expulsou’ do céu

Por mais de meio século, cálculos de renomados cientistas apontaram para a existência de um planeta na órbita entre Mercúrio e o Sol – que jamais foi localizado.

Apesar de até ter recebido um nome – Vulcano -, o “planeta escondido” permaneceu sendo um dos mais desconcertantes fenômenos do Sistema Solar. Procurado por 56 anos, tornou-se um planeta hipotético, até que o físico alemão Albert Einstein o “expulsou” do céu com sua Teoria da Relatividade.

“É um planeta, ou se preferir, um grupo de planetas menores que circulam na proximidade da órbita de Mercúrio”, propôs em 1859 Urbain Joseph Le Verrier, o mais famoso astrônomo do mundo à época e diretor do Observatório de Paris. Ele dizia que só um planeta “seria capaz de produzir a perturbação anômala sentida por Mercúrio”.

Le Verrier não foi o primeiro a suspeitar da presença do planeta escondido. Anos antes, em 1846, um diagrama do Sistema Solar elaborado para escolas e academias já indicava a presença de Vulcano. Ele constava numa litografia feita por E. Jones & G.W. Newman, de Nova York, nos EUA.

Mas foi a sólida reputação de Le Verrier que deu peso à hipótese sobre a existência de Vulcano.

Litografia feita por E. Jones & G.W. Newman em 1846 já exibia Vulcano na reprodução do Sistema Solar. Crédito: Biblioteca do Congresso dos EUA

Vulcano, o planeta procurado por mais de meio século e que Einstein ‘expulsou’ do céu

O mais distante do Sol

Treze anos antes de indicar a existência de Vulcano, La Verrier já havia apresentado à academia francesa a proposta de que um planeta perturbava a órbita de Urano.

Enviou uma carta a Johann Galle, do Observatório de Berlim, que, ao recebê-la, em 23 de setembro de 1846, imediatamente se dedicou a encontrar o planeta até então desconhecido. Era Netuno.

Le Verrier apontou para sua existência através de cálculos matemáticos.

Assim como Mercúrio, Urano também mostrava uma pequena discrepância em sua órbita que não podia ser explicada pela força da gravidade dos outros planetas e do Sol.

No entanto, a partir da lei da gravitação universal – formulada por Isaac Newton em 1687 – e supondo a presença e o movimento de um corpo celestial mais distante do que Urano, Le Verrier conseguiu não só descobrir um novo planeta como também se consagrou na posição de “astro” da ciência.

Le Verrier era matemático e anuniciou a descoberta de Netuno apenas com cálculos

Para resolver a incógnita de Mercúrio, cujo periélio (o ponto em que um planeta se encontra mais próximo do Sol) parecia mudar ligeiramente a cada órbita, Le Verrier seguiu o mesmo método usado anteriormente.

Ao calcular a influência da atração gravitacional de Vênus, Terra, Marte e Júpiter, suas previsões sobre a órbita de Mercúrio pareciam estar sempre ligeiramente erradas.

Mercúrio nunca estava onde indicavam as projeções, baseadas nos conhecimentos da época. A solução para o enigma deveria ser, como aconteceu no caso de Urano, a presença de um outro planeta, no caso, Vulcano.

Só faltava encontrá-lo para provar sua existência.

Perto do Sol

Um passo promissor veio quando Edmond Modeste Lescarbault, um médico aficionado por astronomia, observou com seu telescópio um ponto preto que passava diante do Sol. Ele anotou o tamanho, velocidade e duração do deslocamento.

Vulcano, nome dado ao planeta hipotético, é o deus romano do fogo (Crédito: WELLCOME IMAGES)

Meses depois, após ler sobre o hipotético planeta de Le Verrier, enviou-lhe uma carta com todos os detalhes. O famoso astrônomo foi visitá-lo, verificou o equipamento e as notas do médico e anunciou com entusiasmo a descoberta de Vulcano, no início da década de 1860.

No entanto, ainda era necessária a confirmação de um especialista independente – e o novo planeta era extremamente difícil de detectar.

Vulcano parecia ser um dos últimos enigmas do Sistema Solar e tornou-se um dos corpos celestes mais procurados da astronomia.

Ao longo dos anos, astrônomos – profissionais e amadores – anunciaram ter avistado Vulcano. Mas a existência do planeta foi confirmada e negada várias vezes. A mídia divulgou a notícia de sua presença mais de uma vez e a especulação persistiu até o século 20.

Mais precisamente até novembro de 1915.

A busca por Vulcano teve seu fim na Academia Prussiana de Ciências quando Albert Einstein bagunçou a visão corrente sobre o Universo com sua Teoria da Relatividade.

Vulcano, o planeta procurado por mais de meio século e que Einstein 'expulsou' do céu

Einstein usou a teoria a Relatividade Geral para explicar o que acontecia na órbita de Mercúrio

Pouco antes de apresentar a teoria, Einstein usou-a para explicar a discrepância na órbita de Mercúrio.

“Einstein não só disse: meus cálculos são melhores. Ele disse: ‘Precisam mudar completamente a ideia que têm das características da realidade”, explicou, à revista National Geographic, Thomas Levenson, professor do MIT, nos EUA, e autor do livro The Hunt for Vulcan (A Caçada por Vulcano, sem tradução em português).

O cerne da Teoria da Relatividade de Einstein é que o espaço e o tempo não são estáticos. Para justificar quão peculiar é a órbita de Mercúrio, Einstein argumenta que um objeto maciço, no caso o Sol, foi capaz de dobrar o espaço e o tempo e ainda alterar o caminho da luz, de modo que um raio, quando passa próximo ao Sol, viaja por um caminho curvo.

Com seus cálculos, Einstein demonstrou que a relatividade geral predizia a diferença observada no periélio mercuriano.

“Negar a existência de Vulcano foi central para Einstein, porque mostrou que essa ideia estranha e radicalmente nova dele de que espaço e tempo fluem é realmente o caminho certo para ver o Universo”, disse Levenson.

Mercúrio, de acordo com a teoria de Einstein, não estava tendo a órbita alterada por nenhum outro objeto. Simplesmente, ele se moveu por um espaço-tempo distorcido.

Assim, “Vulcano foi expulso do céu astronômico para sempre”, escreveu o autor Isaac Asimov em seu ensaio científico O Planeta Que Não Era, de 1975.

 

Experimento vê ondas gravitacionais, fenômeno previsto por Einstein

Abalo no espaço e no tempo foi provocado por colisão de buracos negros.
Fenômeno foi antecipado pela Teoria da Relatividade Geral, há cem anos.

Um consórcio internacional de cientistas anunciou nesta quinta-feira (11) a primeira detecção de ondas gravitacionais, um fenômeno previsto pelo físico Albert Einstein há exatos cem anos, mas que nunca havia sido observado.
“Nós detectamos ondas gravitacionais. Nós conseguimos”, afirmou David Reitze, diretor do projeto, em uma entrevista coletiva na manhã desta quinta, em Washington.
O que os pesquisadores do projeto Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) encontraram essencialmente foram “distorções no espaço e no tempo” causadas por um par de objetos com massas enormes interagindo entre si.
Neste caso específico, os cientistas acreditam que o evento observado seja fruto da interação entre dois enormes buracos negros.
O QUE FOI DESCOBERTO?
Observando a interação de dois buracos negros (objetos do universo com gravidade extremamente forte) os pesquisadores registraram, pela primeira vez, as ondas de distorçãoprovocadas pela força gravitacional no espaço e no tempo
Quando elaborou sua teoria da Relatividade Geral, Einstein afirmou que a gravidade é uma força de atração que age distorcendo o espaço e o tempo — espaço e tempo, em sua concepção são uma coisa só. Quando há uma interação de objetos muito maciços, para os quais a força da gravidade é muito grande, eles produzem ondas que se propagam no espaço.

As ondas gravitacionais estão para a gravidade assim como a luz, uma onda eletromagnética, está para o magnetismo e a eletricidade, forças capazes de gerar luminosidade.
Oscilação sutil

A detecção de ondas gravitacionais, porém, requer aparelhagem capaz de perceber oscilações muito mais sutis do que a luz. O Ligo consiste em dois enormes detectores de cerca de 4 km de extensão nos estados de Washington e Louisiana, nos EUA, operando conjuntamente.

Simulação ilustra colisão de buracos negros como aquela detectada pelo projeto Ligo (Foto: Andy Bohn et al.)

Simulação ilustra colisão de buracos negros como aquela detectada pelo projeto Ligo (Foto: Andy Bohn et al.)

O Ligo em si começou a funcionar em 2002, depois de outros experimentos iniciais, e sua sensibilidade vem sendo aprimorada desde então. Só com um aprimoramento maior realizado no ano passado, porém, foi possível detectar um primeiro evento.

A colisão de buracos negros registrada pelo projeto foi detectada em 14 de setembro. Cada um dos dois objetos pesava cerca de 30 vezes a massa do Sol, e o fenômeno ocorreu a 1,3 bilhão de anos-luz.

Os buracos negros em colisão detectados pelo experimento são essencialmente estrelas mortas que implodiram dentro de sua própria força gravitacional. Esses objetos são escuros porque têm uma força de atração de gravidade tão grande que capturam até a luz.

O custo do projeto Ligo foi estimado em US$ 620 milhões. O projeto foi uma iniciativa conjunta do Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia) e do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts). Ao longo dos 40 anos que se passaram entre a construção do primeiro detector e a detecção das primeiras ondas gravitacionais, outros centros de pesquisa se juntaram à iniciativa.

No Brasil, físicos do Inpe (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e do IFT-Unesp (Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual Paulista) participaram do projeto.


ENTENDA AS ONDAS GRAVITACIONAIS EM 7 PASSOS

1) Na teoria da Relatividade de Einstein, o espaço e o tempo são uma coisa só: o espaço-tempo

2) O espaço-tempo, para a Relatividade, não é uma entidade fixa, mas maleável

3) Quando um astro de grande massa oscila, sua gravidade cria ondas no espaço-tempo, da mesma forma que um barco chacoalhando cria ondas na água

4) Essas ondas gravitacionais, porém, são minúsculas, com milionésimos de milionésimos de milímetros

5) O Ligo, um experimento engenhoso nos EUA, foi capaz de capturar pela primeira vez a oscilação de ondas gravitacionais

6) A fonte das ondas detectadas pelo experimento eram dois buracos negros que giravam em torno um do outro e colidiram

7) A descoberta é importante porque consolida a teoria de Einstein e porque astrônomos podem agora estudar alguns fenômenos que não são visíveis pela luz


Nobel à vista
A magnitude do projeto e a importância das ondas gravitacionais para a compreensão atual da física sobre a natureza do espaço são fatores que devem pesar na concessão de um prêmio Nobel aos físicos que elaboraram o experimento.

 Físico Rainer Weiss estica tela para ilustrar como ondas gravitacionais distorcem o espaço (Foto: NSF)


Físico Rainer Weiss estica tela para ilustrar como ondas gravitacionais distorcem o espaço (Foto: NSF)

Entre os nomes a serem apontado provavelmente estão Kip Thorne, do Caltech, e Rayner Weiss, do MIT, idealizadores da tecnologia por trás do usada no experimento.
Weiss esteve presente na entrevista coletiva explicando como conseguiu isolar as oscilações do

 

 

“Nós precisávamos de uma precisão de 10 elevado a -18, o que é um milésimo do tamanho do núcleo de um átomo”, afirmou. “É como você pegar um metro e dividir por um milhão, três vezes seguidas.”

Thorne, do Caltech, também compareceu ao anúncio em Washington, e explicou como foi a colisão de buracos negros que gerou as ondas gravitacionais detectadas pelo Ligo.

“Isso foi como uma tempestade que durou apenas 25 milissegundos, mas muito poderosa”, afirmou. “A taxa de energia liberada pelo evento foi 25 vezes maior do que o poder de todas as estrelas do Universo juntas. Como o evento foi muito breve, porém, a força total do evento não foi muito grande, e era equivalente ‘apenas’ à destruição de três sóis.”

O terceiro criador do Ligo, Ronald Drever, do Caltech, não compareceu ao anúncio por problemas de saúde.

Vista aérea das instalações do experimento Ligo em Livingston, na Louisiana (Foto: MIT/Caltech)

Vista aérea das instalações do experimento Ligo em Livingston, na Louisiana (Foto: MIT/Caltech)

Tecnologia de precisão
O Ligo é composto de interferômetros, que são conjuntos de espelhos e filtros de luz desviando feixes de laser até um detector. As ondas gravitacionais são percebidas por meio de fracas vibrações que causam no espaço-tempo, fazendo os espelhos oscilarem.

Como os componentes de cada interferômetro estão afastados por mais 4 km de distância, uma ínfima vibração nos espelhos faz a frequência do laser se desalinhar, revelando o efeito das ondas gravitacionais sobre esses objetos.

Para evitar que o experimento sofresse com a vibração e ruido normal presentes no solo, os cientistas construíram os interferômentros em um sofisticado sistema de pêndulos para absorver esses impactos. O físico Odylio Aguiar, do Inpe, participou do projeto dos amortecedores na atual configuração do Ligo.

Para evitar que ruído fosse considerado sinal, além disso, o Ligo construiu dois interferômetros muito distantes um do outro, um em Washington e outro na Louisiana. Assim, os cientistas sabiam que se ambos capturassem o mesmo sinal sob uma determinado intervalo de tempo, a detecção dificilmente poderia ser atribuída a vibrações espúrias.

O experimento operou inicialmente de 2002 a 2010, porém sem captar nenhum sinal. Depois de aprimoramentos feitos para aumentar sua sensibilidade, porém, o Ligo capturou um evento interessante, poucos dias depois de ter sido religado.

Sinal e ruído
Mesmo com toda a parafernália experimental, separar o sinal de ruídos que afetavam o experimento não era algo simples. O físico Riccardo Sturani, da Unesp, trabalhou por oito anos com a equipe responsável por filtrar os sinais do Ligo.

Abalo no espaço e no tempo foi provocado por colisão de buracos negros. Fenômeno foi antecipado pela Teoria da Relatividade Geral, há cem anos.

Abalo no espaço e no tempo foi provocado por colisão de buracos negros.
Fenômeno foi antecipado pela Teoria da Relatividade Geral, há cem anos.

“A detecção em 14 de setembro foi inesperada porque o Ligo já tinha tomado dados no passado e tinha acabado de recomeçar os trabalhos”, afirmou. “Mesmo com uma sensibilidade 3 vezes melhor, a previsão teórica sobre as fontes dos sinais de ondas gravitacionais não era muito promissora.”

Segundo Sturani, outros grandes experimentos similares ao Ligo devem começar a operar nos próximos anos, e isso permitirá aos cientistas fazer coisas como localizar fontes das ondas gravitacionais com mais precisão.

Astrônomos não foram capazes de localizar ainda onde ocorreu a colisão de buracos negros detectada pelo experimento, porque para isso seriam necessários três grandes interferômetros, e o Ligo só possui dois. A única coisa que se sabe é que o evento detectado ocorreu no céu do hemisfério sul.

A possibilidade de observar o céu em ondas gravitacionais agora, e não apenas em ondas eletromagnétcias, como a luz, abre a perspectiva de descoberta de fenômenos antes invisíveis para os astrônomos.  “É como se você pudesse ouvir depois de uma vida de surdez”, afirmou.

 

5 perguntas e respostas sobre as ondas gravitacionais

Cientistas conseguiram demonstrar a existência delas, cem anos após a Teoria da Relatividade, de Einstein

Albert Einstein formulou, com sua Teoria da Relatividade Geral, a existência das ondas gravitacionais. Mas a comunidade científica teve de esperar cem anos até conseguir dar razão, com provas, a uma das mentes mais brilhantes do século XX.

Era o último desafio pendente da Teoria da Relatividade Geral, que Einstein formulou em 1915. A Universidade das Ilhas Baleares, na Espanha, uma das envolvidas na colaboração científica LIGO, oferece em sua página na web algumas respostas para entender o que são e para que servem as ondas gravitacionais.

O que são as ondas gravitacionais?

Previstas por Einstein há 100 anos, ondas gravitacionais detectadas pela primeira vez.


A existência destas ondas era a derradeira previsão ainda por confirmar da Teoria da Relatividade Geral. Agora, dois detectores muito especiais nos EUA apanharam uma a passar pela Terra.

Usando uma metáfora, a universidade as define como “ondas no oceano cósmico”. Einstein descobriu com a Teoria da Relatividade que os objetos que se movem no Universo produzem ondulações no espaço-tempo – uma espécie de tecido no qual se desenvolvem todos os eventos do Universo – as quais se propagam pelo espaço. Estas são as ondas gravitacionais.

Para que serve tê-las detectado?

As ondas gravitacionais são “uma nova janela ao Universo”. Graças a elas é possível entender os mecanismos de algumas das ocorrências mais violentas do Cosmo, como as colisões entre buracos negros ou as explosões de estrelas. Se poderia inclusive estudar o que ocorreu um milionésimo de segundo depois do Big Bang.

As ondas gravitacionais são “uma nova janela ao Universo”. Graças a elas é possível entender os mecanismos de algumas das ocorrências mais violentas do Cosmo, como as colisões entre buracos negros ou as explosões de estrelas. Se poderia inclusive estudar o que ocorreu um milionésimo de segundo depois do Big Bang.

Também marcarão o início de uma nova era na astronomia porque o Universo é quase transparente para elas, o que permitirá observar fenômenos astrofísicos que de outra maneira permaneceriam ocultos – a formação de buracos negros ou como se comporta a matéria en condições extremas.

Mas, por que são tão importantes para explorar o Universo?

O conhecimento do Cosmos se realiza agora, principalmente, por meio da radiação eletromagnética (luz). Com elas se pode “ver”, enquanto que com as ondas gravitacionais seria como “ouvir”, o que permitiria passar através dos objetos que existem entre a Terra e o outro extremo do Universo, porque as ondas atravessam tudo.

Por que se demorou tanto a saber de sua existência?

Durante décadas, esse novo tipo de ondas foi quase ignorado. Alguns cientistas duvidavam de sua existência e outros pensavam que eram tão fracas que nunca poderiam ser detectadas. Mas, na década de 1970, a descoberta dos pulsares – estrelas de nêutrons que emitem luz enquanto giram – levou à primeira evidência indireta de sua existência. Além disso, os efeitos das ondas gravitacionais são tão pequenos que é necessário detectores gigantescos para tentar encontrá-las.

Como são estes detectores?

São enormes instalações que usam uma tecnologia chamada interferometria laser. O maior deles é o Observatório de interferometria laser de ondas gravitacionais (Ligo) nos Estados Unidos. Outros detectores são o Virgo, na Itália, e o GEO600, na Alemanha.

Até agora, os detectores estão na superfície terrestre, mas em um futuro se situarão debaixo da terra e a missão eLisa da Agência Espacial Europeia (ESA) vai colocar um detector no espaço, o que permitirá detectar ondas gravitacionais em uma gama diferente de frequências.

As ondas gravitacionais “contêm a promessa do desconhecido”, assegura a página da colaboração científica Ligo, pois “cada vez que os humanos olharam para o Cosmo com ‘olhos’ novos descobriram algo inesperado que revolucionou a forma como vemos o Universo e nosso lugar nele”

Físicos americanos anunciam detecção de ondas gravitacionais

Os sinais eram buscados por cientistas há 100 anos, desde que Albert Einstein as previu em sua teoria da relatividade geral

SÃO PAULO – Cientistas dos Estados Unidos anunciaram nesta quinta-feira, 11, uma descoberta histórica: pela primeira vez foram detectadas as ondas gravitacionais previstas por Albert Einstein em sua Teoria Geral da Relatividade, publicada há cem anos.

Observatórios nos Estados Unidos analisaram dois buracos negros que giraram um em torno do outro, ficando cada vez mais próximos

Observatórios nos Estados Unidos analisaram dois buracos negros que giraram um em torno do outro, ficando cada vez mais próximos

 

“Estamos detectando ondas gravitacionais. Nós conseguimos”, anunciou David Reitze, um dos coordenadores do projeto Laser Interferometer Gravitational-Wave Observator (Ligo), nos Estados Unidos, na sede da NSF, a agência americana de financiamento à pesquisa.

As pesquisas tiveram participação de mais de mil cientistas de 14 países, incluindo grupos brasileiros liderados por Odylio Aguilar, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), e por Riccardo Sturani, do Centro Internacional de Física Teórica, da Universidade Estadual Paulista (Unesp).

Segundo Reitze, as ondas gravitacionais foram observadas em 14 de setembro, em dois detectores localizados a 3 mil quilômetros um do outro, em Hanford, Washington, e Livingstone, Luisiana. De acordo com ele, a descoberta abre uma nova “janela para o Universo”. “O sinal detectado foi exatamente o previsto por Einstein. Mas estamos mesmo animados é com o que virá agora. É algo grandioso, porque, além de confirmar as previsões de Einstein, também poderemos detectar coisas que nem são esperadas.”

Gabriela González, responsável pelo programa Ligo na Universidade da Luisiana, explica que os físicos, até agora, usam o espectro eletromagnético – que inclui a luz visível, o raio X e o infravermelho, por exemplo – para fazer suas descobertas. Mas o novo experimento prova que também é possível estudar o Universo a partir de outros tipos de ondas existentes.

Cientistas observaram dois buracos negros que giraram um em torno do outro, ficando cada vez mais próximos

Cientistas observaram dois buracos negros que giraram um em torno do outro, ficando cada vez mais próximos

“Se podemos detectar ondas gravitacionais, talvez possamos descrever fenômenos que não emitem ondas eletromagnéticas suficientemente significativas para serem observadas. Antes nós víamos o Universo. Agora, nós começamos a ouvi-lo”, disse Gabriela.

“Em 14 de setembro, tudo mudou”, disse o físico Kip Thorne, um dos responsáveis pela criação do Ligo, nos anos 1990. “Graças a essa descoberta, a humanidade embarca na maravilhosa exploração dos lugares mais extremos do Universo.” À BBC, o físico Stephen Hawking disse que a descoberta é um divisor de águas e tem potencial para “revolucionar a astronomia.”

Buracos negros. No fim de 1915, Einstein revolucionou a física ao propor que a gravidade não é uma força de atração, mas uma distorção no tecido do tempo-espaço produzida por objetos que possuem massa.

Segundo a teoria, a distorção causada por corpos muito grandes e acelerados deveriam produzir ondas no espaço-tempo, de maneira semelhante às ondulações produzidas por uma pedra atirada na água. Mas a detecção dessas ondas gravitacionais era quase impossível, já que são minúsculas, com amplitude milhares de vezes menor que o comprimento de um próton.

Para conseguir a façanha, os cientistas observaram dois buracos negros que giraram um em torno do outro em uma galáxia distante, a 1,3 bilhão de anos-luz da Terra. Os dois corpos, com massa cerca de 30 vezes maior que a do Sol, aproximaram-se até se fundirem, gerando – por uma fração de segundo – uma grande emissão de ondas gravitacionais, cujos ecos foram “ouvidos”. Além de observar as ondas, o experimento foi o primeiro na história a detectar um sistema binário de buracos negros em colisão.

Segundo George Matsas, do Instituto de Física Teórica da Unesp, para detectar as sutis ondas emitidas há mais de um bilhão de anos, foi preciso ter um detector com extrema sensibilidade. “Como a distância é incrível, a amplitude da onda cai de forma incrível. Por isso era necessário tanta precisão.”