O que são ondas gravitacionais e por que são importantes?

O que são ondas gravitacionais?

Conforme a Teoria Geral da Relatividade, do físico alemão Albert Einstein, o espaço e o tempo se fundem numa nova dimensão, o espaço-tempo.

O espaço-tempo é deformado por corpos com massa, por exemplo, como um colchão é deformado pelo corpo de uma pessoa.

Quando um corpo com massa se acelera, ele forma ondas gravitacionais, pequenas ondulações no tecido do espaço-tempo que o distorcem.

Um corpo com massa pode ser posto em movimento, ou acelerado, por um acontecimento de grande impacto, por exemplo, após a explosão de uma estrela, a fusão de dois buracos negros ou o Big Bang, a grande explosão que deu origem ao Universo.

As ondas gravitacionais se propagam à velocidade da luz. Ao contrário das ondas sonoras ou da luz, elas se propagam sem sofrer desvios – o espaço-tempo é que se altera quando elas passam.

As ondas gravitacionais foram descritas há cem anos por Einstein.

Por que a comprovação da existência delas é tão importante?

A comprovação da existência das ondas gravitacionais encerra a busca por provas de uma parte importante da teoria de Einstein, a única que ainda não havia sido provada.

A certeza de que as ondas gravitacionais de fato existem altera a compreensão que os cientistas têm do Universo, principalmente de conceitos fundamentais, como espaço, tempo e gravidade.

Se as ondas gravitacionais podem ser detectadas, isso permite ampliar os conhecimentos sobre estrelas, galáxias e buracos negros distantes, com base nas ondas por eles produzidas.

Ondas gravitacionais formadas pelo Big Bang poderiam fornecer novos conhecimentos sobre como o Universo se formou.

Indiretamente, a existência das ondas gravitacionais também amplia os indícios de que os buracos negros, que nunca foram observados, de fato existem.

Elas também permitem uma melhor compreensão da natureza da gravidade, já que, na teoria de Einstein, a gravidade é um fenômeno resultante da deformação (curvatura) do espaço-tempo por um corpo com massa.

Como os cientistas medem as ondas gravitacionais?

O observatório Ligo (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), nos Estados Unidos, foi fundado em 1992 e fracassou nas suas primeiras tentativas de comprovar a existência das ondas gravitacionais.

A tecnologia mais recente, porém, é quatro vezes mais sensível do que as anteriores e pode comprovar ao menos alguns tipos de ondas gravitacionais, aquelas mais comuns.

A tecnologia do Ligo consiste de dois detectores ultrassensíveis, distantes cerca de 3 mil quilômetros um do outro. Um fica em Livingston, no estado da Luisiana, e o outro, em Hanford, Washington.

Os dois observatórios possuem dois túneis idênticos, em forma de L, com quatro quilômetros de comprimento cada um.

Os pesquisadores enviam, ao mesmo tempo, um raio laser em cada um dos túneis. Os raios batem no final do túnel e retornam ao ponto de início. Se, ao se encontrarem, as cristas e os vales das ondas do raio laser se anularem, é porque nenhuma deformação do espaço-tempo (ou seja, nenhuma onda gravitacional) pôde ser medida.

Se, porém, as cristas e os vales das ondas do raio laser não se anularem, é porque o espaço-tempo foi deformado por uma onda gravitacional (na prática, os túneis ficaram mais longos ou mais curtos durante a passagem da onda gravitacional, já que o espaço-tempo foi deformado).

Essa deformação é a comprovação da existência da onda gravitacional.

A existência de dois observatórios permite aos cientistas comparar informações, como horário e direção de uma onda gravitacional.

O Ligo não é o único observatório capaz de medir ondas gravitacionais. Em todo o mundo há mais de 70 organizações capazes de fazê-lo.

Por que demorou tanto para se comprovar a existência delas?

Basicamente porque elas são muito difíceis de serem medidas, pois, quando chegam até a Terra, a amplitude delas já é muito reduzida – menor do que o núcleo de um átomo. Assim, são necessários detectores muito sensíveis para medi-las.

O próprio Einstein duvidava que seria possível comprovar a existência das ondas gravitacionais por elas serem muito pequenas ao chegarem à Terra.