Após uma série de rumores nos últimos meses, um consórcio internacional de cientistas, integrado por pesquisadores do Brasil, confirmou ontem (11/02) ter feito a primeira detecção direta de ondas gravitacionais – oscilações do espaço-tempo previstas por Albert Einstein (1879 –1955) há um século – geradas pela colisão e fusão de dois buracos negros.

O anúncio foi feito por cientistas do projeto Ligo (sigla em inglês de Laser Interferometer Gravitacional-wave Observatory) em uma coletiva de imprensa promovida pela National Science Foundation (NSF) em Washington, nos Estados Unidos, e publicado em um artigo na revista Physical Review Letters.

A colaboração científica reúne mais de mil cientistas de mais de 90 universidades e instituições de pesquisa de 15 países, além dos Estados Unidos.

Entre os participantes do projeto estão Odylio Denys de Aguiar, Marcio Constâncio Júnior, César Augusto Costa, Allan Douglas dos Santos Silva, Elvis Camilo Ferreira e Marcos André Okada, todos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), e Riccardo Sturani, pesquisador do Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual Paulista (IFT-Unesp).

Os pesquisadores do Brasil participam da colaboração científica Ligo por meio de projetos apoiados pela FAPESP.

“Senhoras e senhores, nós detectamos ondas gravitacionais. Nós conseguimos”, anunciou David Reitze, diretor executivo do projeto Ligo, durante o evento.

Usando detectores gêmeos do projeto Ligo, situados um em Livingston, em Louisiana, e o outro em Hanford, em Washington, nos Estados Unidos – a três quilômetros de distância um do outro –, os pesquisadores afirmaram ter observado, pela primeira vez, ondas gravitacionais a partir de um evento cataclísmico, denominado GW 150914, em uma galáxia distante mais de 1 bilhão de anos-luz da Terra.

As ondas gravitacionais foram detectadas em 14 de setembro de 2015, às 6h51 no horário de Brasília, pelos detectores do Ligo.

NASA Ames Research Center

Simulações numéricas das ondas gravitacionais emitidas pela fusão de dois buracos negros

Simulações numéricas das ondas gravitacionais emitidas pela fusão de dois buracos negros

Os pesquisadores afirmaram que as ondas gravitacionais foram produzidas durante os momentos finais da fusão de dois buracos negros que giraram um em torno do outro, como dois piões, irradiando energia como ondas gravitacionais.

Essa ondas gravitacionais têm um som característico, chamado de sinal sonoro, que pode ser usado para medir as massas de dois objetos.

Após girarem em torno um do outro, os dois buracos negros se fundiram em um único e mais massivo buraco negro em rotação.

Eles estimam que a energia de pico liberada sob a forma de ondas gravitacionais durante os momentos finais da fusão dos buracos negros foi dez vezes maior do que a luminosidade combinada (a taxa na qual a energia é liberada como luz) de todas as galáxias no Universo observável.

“Foi a primeira vez que isso foi observado”, afirmou Reitze. “Os buracos negros têm apenas 150 quilômetros de diâmetro, mas 30 vezes a massa do Sol. Quando se fundem há uma grande explosão de ondas gravitacionais”, explicou.

NSF

Vista aérea do detector LIGO em Hanford, Washington

Vista aérea do detector LIGO em Hanford, Washington



Sistema de detecção

Causadas por alguns dos fenômenos mais violentos do Cosmos, como colisões e fusões de estrelas massivas compactas, a existência das ondas gravitacionais foi prevista por Einstein, em 1915, em sua Teoria da Relatividade Geral.

O cientista postulou que objetos massivos acelerados distorciam o espaço-tempo, produzindo mudanças no campo gravitacional – as ondas gravitacionais – que se deslocam para fora da massa e viajam à velocidade da luz através do Universo, levando informações sobre suas origens, além de pistas valiosas sobre a natureza da própria gravidade.

Essas ondas gravitacionais, contudo, têm amplitude um milhão de vezes menor do que o diâmetro de um próton e chegam à Terra com uma amplitude muito pequena.

A fim de tentar detectar e localizar fontes de ondas gravitacionais, os pesquisadores usaram uma técnica conhecida como interferometria a laser, que utiliza detectores distantes entre si para medir as diferenças das observações.

Dessa forma, por meio dos detectores do Ligo – que foram desenvolvidos e são operados pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT) e o California Institute of Technology (Caltech), ambos dos Estados Unidos –, eles conseguiram observar as ondas gravitacionais produzidas pela colisão e fusão de dois buracos negros há cerca de 1,3 bilhão de anos-luz da Terra que foram convertidas em trechos de som.

“Essa primeira observação das ondas gravitacionais abre uma nova janela de observação do Universo e marca o início de uma nova era na pesquisa em Astronomia e Astrofísica”, avaliou César Augusto Costa, pesquisador do Inpe.

O grupo de pesquisadores do Inpe, liderado por Aguiar, trabalha no aperfeiçoamento da instrumentação de isolamento vibracional do Ligo, que irá operar com espelhos resfriados, e na caracterização dos detectores, buscando determinar fontes de ruído.

Já o grupo do IFT-Unesp, dirigido por Sturani, trabalha na modelagem e análise dos dados de sinais de sistemas estelares binários coascentes.

A modelagem é particularmente importante porque as ondas gravitacionais têm interação muito fraca com toda a matéria, tornando necessários, além de detectores de alto desempenho, técnicas de análises eficazes e uma modelagem teórica precisa dos sinais, explicou Sturani.

“Essa primeira observação de ondas gravitacionais pelo Ligo é resultado de uma tomada de dados que ocorreu entre agosto e setembro do ano passado. A última tomada de dados terminou agora em janeiro e a análise completa deverá ser publicada em abril”, disse.

Além do artigo na revista Physical Review Letters, os pesquisadores devem publicar nos próximos meses mais doze outros resultados da colaboração.

O artigo Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger (doi: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102), da LIGO Scientific Collaboration e Virgo Collaboration, pode ser lido aqui.

Tópicos: Agência Fapesp, Albert Einstein, Ciência