Há muito, muito tempo, uma dupla de buracos negros colidiu com tanta potência que criou ondas no espaço-tempo, que emanaram através do universo. Enquanto isso, moléculas em uma pequena rocha de um lugar irrelevante da Via Láctea se organizaram em seres vivos, que evoluíram até virarem macacos conscientes. Esses macacos eventualmente perceberam que podiam medir as perturbações no espaço-tempo e construíram máquinas de muitos quilômetros de comprimento (pequenas, se você for pensar) para fazer isso. Então, eles ligaram as máquinas e acharam a alteração na hora certa.
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Eles então identificaram outro conjunto de ondas e também sinais de mais uma (apesar de não terem certeza). Agora, confirmaram um terceiro evento, e isso faz esses macacos conscientes pensarem: o que isso tudo significa? E para onde vamos daqui?
Hoje, a dupla de Observatórios de Interferômetros de Laser de Ondas Gravitacionais (LIGO, na sigla em inglês) está confirmando um terceiro conjunto de ondas gravitacionais, primeiro previstas por Albert Einstein mais de cem anos atrás. Embora a terceira descoberta seja quase tão importante e empolgante quanto a primeira e a segunda, os cientistas agora estão começando a pensar o que essas ondas podem nos dizer sobre o nosso universo e o que eles podem fazer quando observarem várias delas.
“Esse é só o começo”, Gabriela Gonzalez, porta-voz da colaboração científica LIGO e professora da Universidade do Estado de Louisiana, disse ao Gizmodo. “Ainda tem muito pela frente.”
Simulação das ondas mais recentes (Imagem: S. Ossokine/ A. Buonanno/T. Dietrich (MPI for Gravitational Physics)/R. Haas (NCSA)/SXS project)
Cientistas deram a função para dois LIGOs de observarem ondas gravitacionais, um em Washington State e outro na Louisiana. Eles essencialmente são um par de réguas perpendiculares feitas de luz, em que sistemas ópticos bifurcam um laser, mandam os raios dentro de longos canos e então os unem de novo em um detector. Se uma onda gravitacional passar, a quantidade de espaço que a luz precisa atravessar muda, desalinhando os dois raios e criando uma onda em um gráfico. Os cientistas precisam de dois LIGOs para confirmar que a observação não era apenas, por exemplo, um caminhão passando. E um observatório parecido chamado Virgo agora está ligado na Itália e vai se juntar aos LIGOs em breve para determinar melhor a origem e o comportamento das ondas gravitacionais.
“Esse evento não é uma prova definitiva, mas é o primeiro evento no qual nós preferimos seriamente um cenário sobre o outro.”
Os LIGOs detectaram o mais recente dos eventos de onda, GW170104, em 4 de Janeiro desse ano. Eles usaram a forma da onda para determinar que ela veio de um par de buracos negros em colisão a três bilhões de anos-luz de distância, aproximadamente 31 e 19 vezes a massa do nosso Sol, se transformando em um buraco negro de cerca de 49 vezes essa massa, e publicaram seus resultados nesta quinta-feira (1), no Physical Review Letters. A massa desse buraco negro se encaixa bem entre a massa dos buracos negros inferidos das ondas mais pesada e mais leve medidas anteriormente. O formato da onda também nos dá bons indícios para a resposta da pergunta sobre como um par de buracos negros acaba orbitando outro a princípio.
Buracos negros de massa conhecida (Imagem: LIGO/Caltech/Sonoma State [Aurore Simonnet])
Um binário de buraco negro pode tanto se formar de um par de estrelas orbitantes que colidiram ou de quando um buraco negro passou perto de outro e se viu preso à sua gravidade. Se o primeiro caso for verdade, as rotações dos buracos negros estariam alinhadas com suas órbitas. Mas se as rotações dos buracos negros estiverem em direção oposta à órbita, o segundo cenário é mais provável. A mais recente observação de onda gravitacional está começando a apontar os cientistas para o segundo caso. Certamente não é conclusivo ainda, mas implica que no distante (e portanto mais novo) universo, podem existir lugares concentrados com buracos negros em fusão, disse ao Gizmodo Imre Bartos, cientista pesquisador associado da Universidade de Columbia.
“Esse evento não é uma prova definitiva, mas é o primeiro evento no qual nós preferimos seriamente um cenário sobre o outro”, Salvatore Vitale, um professor assistente do MIT, disse ao Gizmodo. “Se você me perguntar, eu acho que é cedo demais para dizer algo conclusivo”, afirmou.
A astronomia de ondas gravitacionais ainda está em sua infância, mas vamos em breve chegar a um ponto em que cada detecção individual de ondas não será mais uma notícia. Ainda não estamos lá, mas logo você pode esperar ouvir mais sobre o que os cientistas conseguem isolar de vários buracos negros em colisão e sobre as observações posteriores das redes de satélites e telescópios que observam a parte eletromagnética ou de neutrino das ondas gravitacionais.
Imagem: LIGO/Caltech/MIT/SXS Collaboration
“Se você quer conseguir algum tipo de observação óptica ou eletromagnética posterior, você precisa de algo que não são apenas dois buracos negros”, Scott Hughes, professor de física do MIT, disse ao Gizmodo. Para identificar tantas assinaturas, provavelmente seriam necessárias duas estrelas de nêutron, bolas incrivelmente massivas que não são densas o bastante para virarem buracos negros. O LIGO provavelmente precisa que sua sensibilidade seja melhorada antes de conseguir identificar junções de estrelas de nêutron, algo no qual os detectores vão trabalhar quando terminarem a função desse ano. “A esperança é que comecemos essas observações”, aquelas com os dois detectores LIGO além do Virgo, com sensibilidade aumentada, “pelo menos no verão de 2018 ou algo assim”, disse Gonzalez. “Tendo a sensibilidade, talvez comecemos a ver estrelas de nêutron em alguns meses de dados.”
“Você nunca pode provar que uma teoria é correta, você pode apenas prová-la errada. Einstein ainda não está errado.”
Enquanto isso, os cientistas vão continuar a usar ondas gravitacionais para testar várias teorias sobre o nosso universo, das mais exóticas, até se campos gravitacionais tem uma partícula associada com eles da mesma forma que a eletricidade, à teoria da relatividade de Einstein. “Você nunca pode provar que uma teoria é correta, você pode apenas prová-la errada”. Disse Vitale. “Einstein ainda não está errado.”
Isso é incrível, inclusive. As ondas gravitacionais, previsão feita pela relatividade geral sonhada cem anos atrás para explicar estranhas irregularidades na teoria da gravidade, como a estranheza da órbita de Mercúrio, também podem descrever eventos poderosos acontecendo do outro lado do universo. “É um humano sendo comparado com Usain Bolt”, ele disse. “A mesma teoria sem nenhuma modificação pode explicar o movimento de objetos incrivelmente massivos se movendo incrivelmente rápido, velocidades comparáveis à velocidade da luz.” Para sermos justos, seria muito empolgante para muitas pessoas se alguém encontrasse um erro na teoria de Einstein.
Nós realmente não sabemos da onde essas coisas estão vindo. A faixa mais externa é uma região de 90 por cento de confiança. (Imagem: LIGO/Caltech/MIT/Leo Singer [Imagem da Via láctea: Axel Mellinger])
Mais para frente, depois que o Virgo estiver conectado, outros detectores, incluindo um na Índia e outro no Japão, vão ajudar a identificar a localização das ondas gravitacionais — no momento, existe uma grande porção do céu de onde ela pode ter vindo. Eventualmente, cientistas também vão conseguir determinar a polarização das ondas, a forma como elas deformam o espaço enquanto viajam.
Cientistas estão torcendo por algo inesperado. “Para dizer a verdade, o que estou mais empolgado é em encontrar o desconhecido”, disse Gonzalez. “Como encontrar um sinal tão forte como o primeiro que não siga um modelo que nos seja conhecido.”
Imagem do topo: LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)