Como parte de sua teoria geral da relatividade, Einstein previu que a massa deveria emitir ondas de gravidade. Deve ser capaz de detectar as ondas de gravidade mais poderosas à medida que passam pela Terra. E um observatório espacial planejado para lançamento em 2015 chamado LISA deve ser ainda mais forte.
Os cientistas estão perto de realmente ver ondas gravitacionais. Crédito de imagem: NASA
A gravidade é uma força familiar. É a razão do medo de altura. Ele segura a lua na Terra, a Terra no sol. Evita que a cerveja flutue para fora dos nossos copos.
Mas como? A Terra está enviando mensagens secretas para a lua?
Bem, sim - mais ou menos.
Eanna Flanagan, professora associada de física e astronomia de Cornell, dedicou sua vida a entender a gravidade desde que era estudante na University College Dublin, em sua terra natal, a Irlanda. Agora, quase duas décadas depois de deixar a Irlanda para estudar para seu doutorado com o famoso relativista Kip Thorne no Instituto de Tecnologia da Califórnia, seu trabalho se concentra em prever o tamanho e a forma das ondas gravitacionais - um fenômeno ilusório previsto pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein, de 1916. mas que nunca foram detectados diretamente.
Em 1974, os astrônomos da Universidade de Princeton, Russell Hulse e Joseph H. Taylor Jr., mediram indiretamente a influência das ondas de gravidade em estrelas de nêutrons que co-orbitam, uma descoberta que lhes rendeu o Prêmio Nobel de 1993 em física. Graças ao trabalho recente de Flanagan e seus colegas, os cientistas estão agora prestes a ver diretamente as primeiras ondas de gravidade.
O som não pode existir no vácuo. Requer um meio, como o ar ou a água, para transmitir sua mensagem. Da mesma forma, a gravidade não pode existir no nada. Ele também precisa de um meio para transmitir sua mensagem. Einstein teorizou que esse meio é o espaço e o tempo, ou o "tecido do espaço-tempo".
Mudanças na pressão - um baque no tambor, uma corda vocal vibratória - produzem ondas sonoras, ondulações no ar. Segundo a teoria de Einstein, mudanças na massa - a colisão de duas estrelas, a poeira pousando em uma estante - produzem ondas de gravidade, ondulações no espaço-tempo.
Como a maioria dos objetos do cotidiano tem massa, as ondas de gravidade devem estar à nossa volta. Então, por que não conseguimos encontrar?
"As ondas de gravidade mais fortes causarão distúrbios mensuráveis na Terra 1.000 vezes menores que um núcleo atômico", explicou Flanagan. "Detectá-los é um enorme desafio técnico".
A resposta a esse desafio é o LIGO, o Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser, um experimento colossal que envolve uma colaboração de mais de 300 cientistas.
O LIGO consiste em duas instalações com uma distância aproximada de 3.000 milhas - uma em Hanford, Washington, e uma em Livingston, La. Cada instalação tem o formato de um "L" gigante, com dois braços de 2,5 milhas de comprimento com 4 pés de diâmetro tubos de vácuo envoltos em concreto. Raios laser ultra-estáveis atravessam os canos, saltando entre espelhos no final de cada braço. Os cientistas esperam que uma onda de gravidade passando estique um braço e aperte o outro, fazendo com que os dois lasers percorram distâncias ligeiramente diferentes.
A diferença pode ser medida “interferindo” nos lasers onde os braços se cruzam. É comparável a dois carros que correm perpendicularmente em direção a uma encruzilhada. Se eles percorrerem a mesma velocidade e distância, sempre baterão. Mas se as distâncias forem diferentes, elas podem errar. Flanagan e seus colegas estão esperando uma falta.
Além disso, exatamente quanto os lasers atingiram ou erraram fornecerão informações sobre as características e a origem da onda gravitacional. O papel de Flanagan é prever essas características para que seus colegas da LIGO saibam o que procurar.
Devido aos limites tecnológicos, o LIGO só é capaz de detectar ondas gravitacionais de certas frequências de fontes poderosas, incluindo explosões de supernovas na Via Láctea e estrelas de nêutrons que giram ou co-orbitam rapidamente na Via Láctea ou em galáxias distantes.
Para expandir fontes potenciais, a NASA e a Agência Espacial Européia já estão planejando o sucessor do LIGO, LISA, a Antena Espacial de Interferômetro a Laser. O LISA é semelhante em conceito ao LIGO, exceto que os lasers irão saltar entre três satélites a 3 milhões de quilômetros de distância, seguindo a Terra em órbita ao redor do sol. Como resultado, o LISA poderá detectar ondas em frequências mais baixas que o LIGO, como as produzidas pela colisão de uma estrela de nêutrons com um buraco negro ou pela colisão de dois buracos negros. O LISA está programado para ser lançado em 2015.
Flanagan e colaboradores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts recentemente decifraram a assinatura da onda gravitacional que resulta quando um buraco negro supermassivo engole uma estrela de nêutrons do tamanho de um sol. É uma assinatura que será importante para o LISA reconhecer.
"Quando a LISA voa, devemos ver centenas dessas coisas", observou Flanagan. “Seremos capazes de medir como o espaço e o tempo são distorcidos, e como o espaço deve ser torcido por um buraco negro. Vemos radiação eletromagnética e achamos que provavelmente é um buraco negro - mas isso é o máximo que conseguimos. Será muito emocionante finalmente ver que a relatividade realmente funciona. ”
Mas ele alertou: “Pode não funcionar. Os astrônomos observam que a expansão do universo está se acelerando. Uma explicação é que a relatividade geral precisa ser modificada: Einstein estava certo, mas em alguns regimes as coisas poderiam funcionar de maneira diferente. ”
Thomas Oberst é estagiário de escritor de ciências no Cornell News Service.
Fonte original: Cornell University
