Entenda as ondas gravitacionais de Einstein e por que elas podem render um prêmio Nobel

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Um brilhante aniversário para as ondas gravitacionais surgidas das teorias de Albert Einstein - anunciadas em 1915, e publicadas em 1916. Cem anos depois, cientistas de vários países anunciaram terem uma prova direta de sua existência.

Confira dois vídeos para conhecer as ondas gravitacionais.

A seguir, três aspectos fundamentais para compreender este acontecimento:

O que é uma onda gravitacional?

Uma onda gravitacional é uma ondulação ínfima do espaço-tempo que se propaga no Universo na velocidade da luz.

Estas ondas foram apresentadas conceitualmente há mais de 100 anos pelo físico Albert Einstein, como uma consequência de sua teoria geral da relatividade de 1915.

Einstein descreveu a gravidade como uma curvatura do espaço. As massas, como o sol, por exemplo, curvam o espaço. Um pouco como quando alguém sobe numa cama elástica ou num trampolim.

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Se as massas são pequenas, a deformação é fraca (um caroço de uva numa cama elástica não a altera). Se as massas são grandes, a deformação é importante (uma pessoa sobre a cama elástica deforma a trama).

Se as massas são deslocadas e têm uma aceleração, estas deformações se deslocam e se propagam através do espaço, formando ondas gravitacionais.

Para ilustrar estas oscilações é frequentemente utilizada a imagem de ondas que se propagam na superfície de um lago quando uma pedra é lançada. Quanto mais longe, mais fraca se torna a onda.

As ondas gravitacionais procuradas e encontradas pelos cientistas do Ligo são aquelas produzidas por fenômenos astrofísicos violentos, tais como a fusão de dois buracos negros ou a explosão de estrelas gigantes.

As outros são muito pequenas para que possam ser observadas. Mas estão em torno de nós sem estarmos conscientes disso e sem consequências para nós.

Por que, então, é importante conseguir detectar de maneira direta estas ondas gravitacionais?

Detectá-las confirma as previsões de Einstein. É um marco para os físicos. E seus principais descobridores podem aspirar a um prêmio Nobel.

Mais especificamente, abre o caminho para uma nova astronomia, “a astronomia gravitacional”.

Além dos vários meios eletromagnéticos para observar o cosmos atualmente, os astrofísicos têm uma nova ferramenta para a observação dos fenômenos violentos no Universo. A detecção dessas ondas gravitacionais permite ver o que acontece “no interior” de uma fusão de dois buracos negros, por exemplo.

Para nós, a descoberta das ondas gravitacionais não vai representar mudanças imediatas. Mas o progresso tecnológico para desenvolver os detectores de ondas poderá se refletir em nossas vidas diárias.

Como está organizada a detecção das ondas gravitacionais?

Albert Einstein estava ciente de que seria muito difícil observar as ondas gravitacionais. Por cerca de 50 anos nada aconteceu em particular. Até que nos anos 1950 o físico americano Joseph Weber estabeleceu como meta encontrá-las e construiu os primeiros detectores.

Enquanto isso, ficaram evidentes provas indiretas da existência de ondas gravitacionais.

Em 1974, a observação de um pulsar - uma estrela de nêutrons que emite radiação eletromagnética intensa numa dada direção, como um farol - em órbita de outro astro, permitiu deduzir que essas ondas existiam.

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Russell Hulse e Joseph Taylor ganharam o Prêmio Nobel de Física em 1993 por este feito.

Na década de 1990, os Estados Unidos decidiram construir o Ligo (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), um observatório ambicioso composto por dois instrumentos gigantes, que usam como fonte de luz um laser infravermelho. Um deles está em Louisiana e outro no estado de Washington.

França e Itália fizeram o mesmo com Virgo, perto da cidade de Pisa.

Em 2007, Ligo e Virgo decidiram trabalhar juntos, trocando dados em tempo real e analisando os resultados conjuntamente.

Nos últimos anos os instrumentos do Ligo foram submetidos a importantes modificações que o mantiveram inativo.

O detector avançado Ligo voltou a funcionar em setembro de 2015. E foi ele que detectou em 14 de setembro a onda gravitacional GW150914.

Simulações em vídeo:

Veja como as ondas da colisão dos buracos negros foram geradas nesta animação:

Esta segunda animação mostra, de forma exagerada, como a onda chegou à Terra: