Ondas gravitacionais e o Nobel de Física

Professor do Departamento de Física da UFRGS comenta a detecção das ondas gravitacionais, vencedora do Nobel de Física 2017

Ilustração do rosto dos laureados com o Nobel de Física
Rainer Weiss, Barry C. Barish e Kip S. Thorne foram os laureados com o Nobel de Física 2017 - Ilustração: Niklas Elmehed/The Nobel Foundation

Há 100 anos, Albert Einstein previu a existência das ondas gravitacionais – deformações do Espaço-Tempo causadas pela aceleração de uma massa de grandes dimensões. Porém, também previu que elas não poderiam ser detectadas. Agora, o Nobel de Física 2017 premiou o alemão Rainer Weiss e os americanos Barry C. Barish e Kip S. Thorne por contribuírem com a observação, pela primeira vez, dessas ondas. O trabalho realizado no LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser, na sigla em inglês) detectou ondas geradas pela colisão entre dois buracos negros que ocorreu há 1,3 bilhão de anos.

O professor do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Horácio Dottori explica que as ondas gravitacionais são de natureza diferente das ondas eletromagnéticas ou hertzianas que a humanidade aprendeu a produzir e usa em situações como radiodifusão, raios lasers, etc. Seria necessária a manipulação de objetos astronômicos se quiséssemos produzi-las, já que o campo gravitacional é tremendamente mais fraco que o eletromagnético. “Para que a força gravitacional entre o próton e o elétron de um átomo de hidrogênio igualasse a força elétrica entre ambos, o próton teria de ter uma massa de 100 mil toneladas”, compara.

Horácio afirma que, junto de muitos incrédulos, duvidada que os cientistas conseguissem superar o que, segundo ele, era o ponto mais importante do projeto: evitar que fatores externos atrapalhassem a detecção das ondas pelo interferômetro – o aparelho utilizado no projeto. O professor explica que centenas de fatores como microabalos, ventos e variações de temperatura externa produzem um grande ruído que dificultam a detecção das ondas gravitacionais. Para resolver esse problema, o LIGO possui dois detectores idênticos nos Estados Unidos, nos observatórios de Hanford e Livingston, separados por uma distância de 3 mil quilômetros. Assim, perturbações como um terremoto, por exemplo, terão um comportamento distinto nos dois lugares e serão facilmente identificados.

Além disso, o próprio método utilizado no projeto é importante para realizar a detecção sem distorções. A interferometria, uma técnica largamente usada em laboratórios para realizar medidas de distâncias com alta precisão, é aplicada no LIGO, com feixes de laser ao longo de dois braços perpendiculares de quatro quilômetros de comprimento cada. Esses feixes são constantemente refletidos por espelhos e, ao se encontrarem no centro do interferômetro, se anulam. As ondas gravitacionais, que afetam distintamente o comprimento de ambos os braços, fazem com que os feixes se desencontrem, tornando possível a detecção delas.

 infográfico explicando o funcionamento do interferômetro

O interferômetro em ação. Gerada pela colisão de buracos negros há 1.3 bilhão de anos, as ondas gravitacionais chegam a terra milhares de vezes menores que o núcleo de um átomo, necessitando da “régua mais precisa do mundo” para detectá-la

Para o professor, a criação e a replicação do maior interferômetro do mundo é uma “verdadeira tarefa de titãs” pela alta tecnologia utilizada no aparelho. O alto grau de controle de vibrações, umidade, pressão, temperatura e do vácuo em seus braços, para a detecção de uma deformação milhares de vezes menor que um núcleo atômico, torna a realização bastante complicada. O projeto, iniciado em 1992 e com cerca de mil cientistas envolvidos, levou 23 anos até a primeira detecção, em 24 de setembro de 2015.

“Os impactos serão imensos” afirma Horácio sobre a repercussão da detecção para a ciência. O efeito mais importante será a medição com precisão dos instantes finais da fusão de corpos de alta massa, como estrelas de nêutrons e buracos negros. “Estes problemas vêm sendo estudados de um ponto de vista teórico muito recentemente em Astrofísica. As predições devem ser constatadas com as observações das ondas gravitacionais” explica.

O professor Horácio Dottori, juntamente com um grupo de colaboradores, estudou a possível ejeção de um Quasar pelo núcleo da galáxia M 83. Além disso, foi orientador de mestrado e doutorado de Guilherme G. Ferrari, que realizou um trabalho sobre a fusão de Buracos Negros, o que o fez ver a dificuldade envolvida na solução das equações de Einstein para objetos deste tipo quando estão nos últimos estágios da fusão, ainda que as ondas gravitacionais não tivessem sido incluídas neste trabalho.

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