Você já imaginou poder ouvir o Universo? Essa é a promessa das ondas gravitacionais, as misteriosas ondulações no tecido do espaço-tempo que foram previstas por Albert Einstein há mais de 100 anos e que podem ser a chave para desvendar alguns dos maiores segredos da cosmologia.
Nesta quinta-feira, 29 de junho de 2023, uma grande descoberta sobre as ondas gravitacionais será anunciada por um consórcio internacional de pesquisadores, que envolve quatro projetos de detecção desses sinais: o NANOGrav, na América do Norte; o EPTA, na Europa; o IPTA, na Índia; e o PPTA, na Austrália.
Os detalhes da descoberta ainda não foram revelados, mas os cientistas estão animados com a possibilidade de terem detectado o chamado fundo de ondas gravitacionais, um zumbido cósmico produzido pela superposição de inúmeras fontes de ondas gravitacionais ao longo da história do Universo.
As ondas gravitacionais são perturbações no espaço-tempo causadas por eventos cataclísmicos no Universo, como a fusão de buracos negros, a explosão de estrelas ou até mesmo o próprio Big Bang. Elas se propagam à velocidade da luz e alteram ligeiramente as distâncias entre os objetos por onde passam.
Segundo a teoria da relatividade geral de Einstein, a gravidade é uma manifestação da curvatura do espaço-tempo em torno de objetos massivos. Quando esses objetos se movem ou interagem entre si, eles geram ondulações nessa curvatura, assim como uma pedra jogada em um lago cria ondas na superfície da água.
As ondas gravitacionais foram previstas por Einstein em 1916, mas só foram detectadas pela primeira vez em 2015 pelo observatório LIGO, nos Estados Unidos. Desde então, outras detecções foram feitas pelo LIGO e pelo observatório Virgo, na Itália, confirmando a existência desses sinais e abrindo uma nova era na astronomia.
Detectar as ondas gravitacionais não é uma tarefa fácil, pois elas são muito fracas e difíceis de distinguir do ruído de fundo. Para isso, os cientistas usam instrumentos chamados interferômetros, que consistem em dois longos braços perpendiculares por onde são disparados feixes de laser.
Quando uma onda gravitacional passa pelo interferômetro, ela faz com que um braço se alongue e o outro se encurte ligeiramente, alterando o tempo que os feixes de laser levam para percorrer cada braço. Essa diferença de tempo é medida pelos detectores e indica a presença da onda gravitacional.
O problema é que essa diferença é muito pequena, da ordem de um milionésimo do diâmetro de um próton. Por isso, os interferômetros precisam ter braços muito longos (de alguns quilômetros) e estar isolados de qualquer fonte de ruído externo, como vibrações sísmicas ou tráfego.
Além das ondas gravitacionais produzidas por eventos isolados e pontuais, como a fusão de buracos negros ou estrelas de nêutrons, existe também uma expectativa teórica de que haja um fundo de ondas gravitacionais, que seria o resultado da sobreposição de inúmeras fontes de ondas gravitacionais ao longo da história do Universo.
Esse fundo de ondas gravitacionais seria como um zumbido cósmico, uma radiação de fundo que permeia todo o espaço-tempo e que carrega informações sobre as origens e a evolução do Universo. Ele poderia ter sido gerado por vários processos, como a inflação cósmica logo após o Big Bang, a formação das primeiras estrelas e galáxias, ou a existência de cordas cósmicas, que são defeitos topológicos hipotéticos no espaço-tempo.
Para detectar esse fundo de ondas gravitacionais, os cientistas usam uma técnica diferente dos interferômetros. Eles observam pulsares, que são estrelas de nêutrons que emitem pulsos regulares de radiação eletromagnética. Esses pulsos funcionam como relógios cósmicos, pois têm uma periodicidade muito precisa e previsível.
Se uma onda gravitacional passar entre a Terra e um pulsar, ela vai alterar ligeiramente o tempo que o pulso leva para chegar até nós, causando uma discrepância na periodicidade esperada. Ao observar vários pulsares ao mesmo tempo, os cientistas podem correlacionar essas discrepâncias e inferir a presença do fundo de ondas gravitacionais.
Essa técnica é chamada de arranjo de tempo de pulsares (PTA, na sigla em inglês), e é usada pelos quatro projetos que farão o anúncio nesta quinta-feira. Cada projeto observa um conjunto de pulsares no céu usando radiotelescópios, e juntos eles formam o International Pulsar Timing Array (IPTA), uma rede global de detecção de ondas gravitacionais.
As ondas gravitacionais são importantes porque elas nos permitem estudar o Universo de uma forma totalmente nova, complementando as observações feitas com a radiação eletromagnética (luz) ou com as partículas subatômicas (como os neutrinos ou os raios cósmicos).
As ondas gravitacionais podem revelar aspectos do Universo que são invisíveis ou inacessíveis por outros meios, como os buracos negros, que não emitem luz, ou os primeiros instantes após o Big Bang, que estão além do horizonte da radiação cósmica de fundo.
Além disso, as ondas gravitacionais podem testar as teorias físicas em situações extremas, como a relatividade geral de Einstein em campos gravitacionais muito fortes ou a existência de novas dimensões espaciais. Elas também podem ajudar a resolver alguns dos maiores mistérios da cosmologia, como a natureza da matéria escura e da energia escura, que compõem cerca de 95% do Universo.
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