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Opinião
Opinião de Carlos Herdeiro, investigador do Departamento de Física da Universidade de Aveiro
A detecção das ondas gravitacionais
O investigador Carlos Herdeiro
O mundo científico vive um momento histórico com o anúncio, no dia 11 de fevereiro, da primeira deteção direta das ondas gravitacionais, teorizadas há 100 anos pelo físico alemão Albert Einstein. Carlos Herdeiro, investigador do Grupo de Gravitação do Departamento de Física da Universidade de Aveiro (UA), explica por que é que a descoberta é um dos maiores avanços na física e uma ponte direta para uma nova perspetiva sobre o universo e os seus mistérios.

Foi anunciado no dia 11 de fevereiro de 2016, pela colaboração LIGO, o que será certamente um dos acontecimentos científicos da década, ou mesmo do século: a deteção de ondas gravitacionais. A deteção destas ondas abre o acesso a uma nova camada da realidade, até aqui inacessível, que irá permitir compreender o Universo de uma maneira totalmente nova.

Estas ondas foram previstas por Einstein num artigo de 22 de junho de 1916, pouco tempo depois de ter formulado a teoria de Relatividade Geral, em novembro de 1915. Esta teoria descreve aquilo a que chamamos “gravidade” como a geometria - e em particular deformações - do espaço-tempo. Como Einstein compreendeu nesse artigo, corrigido e complementado por um segundo artigo de 14 de fevereiro de 1918, massa ou energia em movimentos genéricos provocam pequenas ondulações no tecido do espaço-tempo que se propagam precisamente à velocidade da luz, e que foram chamadas ondas gravitacionais.

Mas apesar de serem geradas por todo o tipo de movimento, as ondas gravitacionais apenas têm efeitos significativos quando são geradas por enormes massas com enormes velocidades (e acelerações). Os exemplos mais extraordinários que a natureza nos proporciona são sistemas binários de objetos compactos, como estrelas de neutrões ou buracos negros, em que os objetos companheiros estão muito próximos e se deslocam a velocidades relativas da ordem de metade da velocidade da luz. Em particular, quando estes objetos colidem, tipicamente formando um buraco negro, é emitida uma potência da ordem de 10^50 Watts, ou seja, 10^24 vezes a potencial do Sol, em ondas gravitacionais: um cataclísmico “tsunami” gravitacional.

Apesar da enorme energia libertada por estes eventos, a deteção das ondas gravitacionais na Terra é um enorme desafio tecnológico. O efeito da passagem de uma onda gravitacional é o de esticar o espaço (literalmente!) numa certa direção e contrair o espaço na direção ortogonal, e vice-versa, num movimento periódico que depende da frequência da onda. Para detetar estas ondas, foi sugerido em 1972 por Reiner Weiss que se podia usar um enorme interferómetro de Michelson-Morley. Foi isso que a colaboração LIGO construiu: dois enormes interferómetros, separados por três mil quilómetros nos EUA, um perto de Seattle no estado de Washington e outro perto de Nova Orleães, no estado da Louisiana.

O desafio tecnológico é que as distorções do espaço nos braços destes interferómetros (com cerca de 4 Kms), quando passa uma onda gravitacional, são menores do que o núcleo atómico. Foi, por isso, necessário construir instrumentos de inigualável precisão. A precisão do LIGO corresponde a capacidade de medir a distância entre o Sol e a estrela mais próxima (a cerca de quatro anos luz) a menos da espessura de um cabelo humano.

No dia 14 de setembro de 2015, estes dois detetores ainda não estavam operacionais. Estavam em testes e o início oficial da colheita de dados havia sido adiado para 18 de setembro. Um post-doc de 33 anos, chamado Marco Drago, que se encontrava na Alemanha (Max Planck institute de Hanover) recebeu um alerta de um possível sinal (uma leitura fora do normal). Os analistas de dados recebem cerca de um destes alertas por dia; contudo, a razão de sinal para ruído deste alerta particular era bastante superior ao normal, e o sinal tinha sido recebido quase em simultâneo nos dois detetores (com 7 mili-segundos de separação) o que excluía, estatisticamente, a possibilidade de ruído aleatório.

Depois de meses de análise, ficou estabelecido que o sinal era ajustado pelo modelo teórico de uma colisão de dois buracos negros, um com 29 massas solares e

outro com 36 massas solares, que terá ocorrido há cerca de 1.3 mil milhões de anos, numa altura em que a escala evolutiva na Terra era dominada por bactérias. Devido ao desfasamento dos sinais foi possível determinar a região aproximada do céu de onde o sinal origina, que fica no hemisfério sul celeste, na zona das nuvens de Magalhães. Pela primeira vez foram detetadas ondas gravitacionais e compreendido o que as originou.

Detetar ondas gravitacionais é compreender mais completamente a trama cósmica. Imagine que esta trama é uma peça de teatro da qual somos espectadores. No palco evoluem vários tipos de personagens. Algumas brilham com luz própria; outras refletem a luz de companheiros próximos que brilham. Mas em vários cantos não iluminados do palco há personagens que não se vêm, mas falam e participam na ação no diálogo. Imagine ainda que os espectadores são surdos. Vai ser difícil compreender a peça, ainda que observem parte dos atores e apreciem os seus movimentos. Mas falta-lhes uma camada da realidade.

Pois bem, ontem, começamos a ouvir a mais grandiosa de todas as peças. Vamos agora conhecer as personagens até agora invisíveis. E aguardamos supressas.

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