Do vácuo ao Prêmio Nobel - Grandes tubos de vácuo ajudam a provar a existência de ondas gravitacionais

Do vácuo ao Prêmio Nobel - Grandes tubos de vácuo ajudam a provar a existência de ondas gravitacionais

Há mais de um século, Albert Einstein já tinha previsto a existência de ondas gravitacionais. Mas a sua existência só foi comprovada em 2015. Foram utilizados tubos de vácuo de dois quilômetros de comprimento como detectores.
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Tal como uma pedra atirada para a água faz ondular a superfície da água, as ondas gravitacionais esticam e comprimem o espaço. Esta ondulação do espaço-tempo é causada por catástrofes cósmicas como estrelas que explodiram ou buracos negros que colidiram. As ondas gravitacionais se espalham à velocidade da luz. Pelo menos foi o que Albert Einstein previu em 1915 quando apresentou a sua teoria da relatividade geral. 

No entanto, a existência das ondas misteriosas foi pura teoria até 2015, porque são extremamente difíceis de medir. Estas alteram o espaço num piscar de olhos e apenas numa fração do diâmetro de um átomo. A colisão de dois buracos negros massivos forneceu provas diretas da existência de ondas gravitacionais cem anos após a sua existência ter sido prevista. 

Dispositivos de medição com um quilômetro de tamanho

Estas ondas atravessaram o espaço-tempo há dois bilhões de anos, antes de distorcerem um pouco a forma do espaço-tempo na Terra em 14 de setembro de 2015. Dois detectores LIGO idênticos (LIGO = Observatório de Onda Gravitacional de Interferômetro Laser) localizados a 3000 quilômetros de distância conseguiram medi-las nos EUA.

Cada um deles é composto por dois tubos num ângulo de 90 graus. Um deles tem dois quilômetros de comprimento e o outro tem quatro. Onde os dois lados se encontram, um raio laser é emitido e dividido ao meio por um divisor de feixe. Em seguida, metade do feixe é direcionada para cada um dos tubos. Os espelhos de reciclagem de energia fazem com que a luz se desloque várias vezes para trás e para a frente antes de regressar ao divisor do feixe após percorrer uma distância total de 1120 quilômetros. Se uma onda gravitacional passar pelo espaço, um braço do interferômetro se estende enquanto o outro se comprime. Isto origina uma mudança detectável na intensidade do raio laser. 

Precisão de medição e vácuo 

Para garantir que os dispositivos de medição possam funcionar completamente sem falhas, os tubos estão a uma pressão que é um bilionésimo da pressão do ar ao nível do mar. Para fazer isto, os tubos são inicialmente aquecidos durante 30 dias e, em seguida, o restante ar é extraído com bombas de vácuo de alto desempenho. Por fim, são usadas as bombas de íons para extrair as moléculas de gás restantes. No ultra-alto vácuo resultante, não há moléculas de ar para desviar o raio laser ou fazer com que os espelhos vibrem, e não há pó que possa difundir a luz.

Em fevereiro de 2016, após cálculos extensivos, os cientistas participantes puderam anunciar que conseguiram realmente medir ondas gravitacionais e confirmar a teoria de Einstein. Pelo seu trabalho neste projeto, os pioneiros Rainer Weiss, Barry C. Barish e Kip Thorne receberam o Prêmio Nobel da Física em 2017.


A partir da primeira medida em 2015, a pesquisa gravitacional já registrou novas ondulações no espaço-tempo. A última foi em 14 de agosto de 2017. Foi detectada pelo Virgo, um detector com uma construção similar localizado perto de Livorno, em Itália, que recentemente começou a cooperar com o LIGO. Esta situação teve origem numa colisão estelar que ocorreu a cerca de 1,8 mil milhões de anos-luz de distância. Os investigadores esperam obter acesso a novas informações sobre a história e a física do universo que anteriormente estavam inacessíveis. Além disso, os detectores podem encontrar sinais de matéria negra, embora isso não tenha nada a ver com ondas gravitacionais.

Até agora, a existência de matéria negra é apenas um postulado teórico, tal como a existência de ondas gravitacionais era até recentemente. Os astrofísicos se referem aos seus resultados de medição e cálculos para concluírem que as galáxias seriam destruídas pela força centrífuga da sua rotação caso a matéria negra não existisse. A sua massa deverá ser cinco vezes maior que a do material visível.

Com os detectores LIGO e Virgo, os astrónomos não só podem localizar buracos negros como também "ouvir" o que têm a dizer sobre o nascimento das galáxias. Uma teoria sobre a matéria negra é a afirmação de que consiste em buracos negros "primordiais" criados pelo Big Bang. Mesmo que esta hipótese represente uma opinião minoritária entre os físicos, os detectores gravitacionais podem fornecer dados que apoiem ou refutem esta teoria, para que a ciência possa se concentrar em outros modelos explicativos.


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