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PEGANDO ONDA
NO UNIVERSO
Previstas há 100 anos por Albert Einstein na sua Teoria da Relatividade Geral, as ondas gravitacionais são detectadas pela primeira vez a partir da fusão entre dois buracos negros
Procyon Sirius Orion Nebula Rigel Canopus Omega Centauri NGC 3372 (Carina Nebula)
BURACOS
NEGROS
ONDAS
GRAVITACIONAIS
1,3 BILHÃO
DE ANOS
O EXPERIMENTOO Ligo (a sigla em inglês para Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro)
é um grupo de pesquisa que inclui cerca de 1 000 cientistas de quinze países. O grupo recebeu
1,1 bilhão de dólares da Fundação Nacional de Ciência dos Estados Unidos para a construção
de observatórios em dois estados americanos, Washington e Louisiana WASHINGTON LOUISIANA
3 000 quilômetr
os
E U A
ONDE AS ONDAS
GRAVITACIONAIS
FORAM PRODUZIDAS
A LOCALIZAÇÃO DOS DETECTORES As ondas gravitacionais detectadas pelo Ligo foram produzidas pelo choque entre esses dois buracos negros. Elas viajaram à velocidade da luz por 1,3 bilhão de anos e atingiram os detectores do Ligo em setembro do ano passadoFusão de dois buracos negros
Buraco negro
Há 1,3 bilhão de anos colidiram no espaço dois buracos negros, um com 29 e o outro com 36 vezes a massa do Sol Procyon Sirius Orion Nebula Rigel Canopus Omega Centauri NGC 3372 (Carina Nebula)
BURACOS
NEGROS
ONDAS
GRAVITACIONAIS
1,3 BILHÃO
DE ANOS
O EXPERIMENTOO Ligo (a sigla em inglês para Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro)
é um grupo de pesquisa que inclui cerca de 1 000 cientistas de quinze países. O grupo recebeu
1,1 bilhão de dólares da Fundação Nacional de Ciência dos Estados Unidos para a construção
de observatórios em dois estados americanos, Washington e Louisiana WASHINGTON LOUISIANA
3 000 quilômetr
os
E U A
ONDE AS ONDAS
GRAVITACIONAIS
FORAM PRODUZIDAS
A LOCALIZAÇÃO DOS DETECTORES As ondas gravitacionais detectadas pelo Ligo foram produzidas pelo choque entre esses dois buracos negros. Elas viajaram à velocidade da luz por 1,3 bilhão de anos e atingiram os detectores do Ligo em setembro do ano passadoFusão de dois buracos negros
Buraco negro
Há 1,3 bilhão de anos colidiram no espaço dois buracos negros, um com 29 e o outro com 36 vezes a massa do Sol Procyon Sirius Orion Nebula Rigel Canopus Omega Centauri NGC 3372 (Carina Nebula)
BURACOS
NEGROS
ONDAS
GRAVITACIONAIS
1,3 BILHÃO
DE ANOS
O EXPERIMENTOO Ligo (a sigla em inglês para Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro)
é um grupo de pesquisa que inclui cerca de 1 000 cientistas de quinze países. O grupo recebeu
1,1 bilhão de dólares da Fundação Nacional de Ciência dos Estados Unidos para a construção
de observatórios em dois estados americanos, Washington e Louisiana WASHINGTON LOUISIANA
3 000 quilômetr
os
E U A
ONDE AS ONDAS
GRAVITACIONAIS
FORAM PRODUZIDAS
A LOCALIZAÇÃO DOS DETECTORES As ondas gravitacionais detectadas pelo Ligo foram produzidas pelo choque entre esses dois buracos negros. Elas viajaram à velocidade da luz por 1,3 bilhão de anos e atingiram os detectores do Ligo em setembro do ano passadoFusão de dois buracos negros
Buraco negro
Há 1,3 bilhão de anos colidiram no espaço dois buracos negros, um com 29 e o outro com 36 vezes a massa do Sol
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F
rágeis como o pio de umpás-saro, mas fortes o suficiente para provocar um estrondo na ciência. Convertidas em vibrações sonoras, as ondas gravitacionais foram detecta-das pela primeira vez na se-mana passada. Em uma con-ferência realizada em Wash-ington, os físicos americanos David Reitze e Kip Thorne, do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferô-metro (Ligo), anunciaram o feito cientí-fico. “Parabéns. A descoberta de vocês é tão importante quanto a do Bóson de Higgs”, reagiu imediatamente Stephen Hawking, o respeitado físico teórico da Universidade de Cambridge. Hawking assinalou que os cientistas do Ligo não apenas detectaram as ondas gravitacio-nais, uma das mais ousadas teorizações de Albert Einstein, mas, na mesma taca-da, provaram a existência dos buracos negros e, mais espetacular ainda, fla-graram dois desses monstros cósmicos devoradores de galáxias colidindo e fundindo-se. Ao equiparar a detecção de ondas gravitacionais com a desco-berta do Bóson de Higgs, em 2012, Haw-king deu a exata dimensão do feito. Teo-rizada por Peter Higgs e François En-glert, essa partícula explica, simples-mente, por que existe alguma coisa no universo em vez de nada. Explica por que as galáxias, as estrelas, os planetas e nós, seres humanos, tivemos a chance de ser formados. A técnica de detecção das ondas gravitacionais abre uma nova janela para que os cientistas estudem di-retamente os buracos negros e as estre-las de nêutrons, onde estão escondidas as chaves para decifrar os últimos mis-térios sobre o nascimento, a vida e a morte do universo.
Para a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, cuja formulação comemo-rou 100 anos em 2015, a descoberta dos cientistas do Ligo significa a
O EQUIPAMENTO
O feixe de raios laser que percorre os tubos de 4 quilômetros de extensão do equipamento é refletido de volta rumo a um detector Divisor de feixe Detector de luz LASER Braço armazenador de luz ESPELHO
4 km
4km
ESPELHOA VIAGEM PELO ESPAÇO
No 1,3 bilhão de anos que levaram para chegar à Terra, as ondas gravitacionais produzidas pelo choque
dos dois buracos negros foram perdendo força. Quando atingiram os
anteparos do Ligo, eram marolinhas gravitacionais quase imperceptíveis
A DETECÇÃO
No momento do impacto das ondas gravitacionais, o laser e seus reflexos se desalinharam e parte da luz deles chegou ao detector.
Pela teoria, as ondas gravitacionais criam perturbações na grade do espaço-tempo e deformam os objetos em seu caminho.
Eles se contraem de um lado e se expandem do outro. É o que teria ocorrido nos tubos do Ligo
As ondas geradas pela colisão dos dois buracos negros mudaram as dimensões dos tubos do Ligo, deslocando milimetricamente um dos espelhos refletores. O deslocamento foi de apenas 4 milésimos
do diâmetro de um próton, partícula subatômica do núcleo dos átomos
Em condições normais, o feixe e seus reflexos
estão sempre perfeitamente alinhados e, viajando em sentidos opostos, se anulam. O detector nada registra
1,3 bilhão
COMO AS ONDAS FORAM DETECTADAS
de anos
Observatório de Livingston, no Estado americano de Louisiana — um outro idêntico existe em Hanford, no Estado de Washington
4 km
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ção de seu autor no posto mais alto da hierarquia científica da humanidade. Em 1905, Einstein já havia revoluciona-do a física ao demonstrar, nas palavras dele, que “massa e energia são apenas duas facetas de um mesmo fenômeno, o que se depreende da fórmula E = mc²”. Dez anos depois, Einstein tirou da es-tagnação um ramo da ciência que não tinha tido progresso desde a formulação da Lei da Gravidade, por sir Isaac Newton, em 1666. Einstein intuiu que a maneira de a gravidade atuar só poderia ser entendida no campo da geometria, com os corpos pesados deformando o espaço à sua volta e atraindo para seu centro as coisas ao redor — como uma esfera de aço colocada no meio de uma rede de pesca. Para não violar a Teoria da Relatividade Especial, nessa revolu-cionária explicação da realidade, a velo-cidade da luz teria de ser mantida como o limite máximo de deslocamento de qualquer corpo, onda ou partícula pelo universo. Ou seja, a força de atração da gravidade não poderia agir instantanea-mente, como pensava Newton. Ela tam-bém teria de ser uma interação como qualquer outra da natureza — como as que mantêm os elétrons em torno do nú-cleo do átomo e o próprio núnú-cleo coeso. Em 1915, já se sabia que as intera-ções no mundo subatômico eram me-diadas por partículas. O fóton é a partí-cula que medeia (torna possível) a exis-tência da luz e de outros fenômenos eletromagnéticos, que se propagam em ondas. Qual seria então a partícula que faria a gravidade atuar? Como seria a onda que a gravidade produz? Na teo-ria, essas perguntas já haviam tido res-postas satisfatórias. A resposta à pri-meira pergunta é o gráviton, que ainda não foi detectado. Mas, na semana pas-sada, o mundo teve conhecimento de que a resposta à segunda pergunta saiu do campo teórico e se materializou em um equipamento especialmente
O deslocamento de meros 4 milésimos do diâmetro do próton na experiência americana pode significar um salto gigantesco para
a física ao comprovar a existência das ondas gravitacionais, fenômeno previsto por Albert Einstein com base na...
O SIGNIFICADO
em que o cientista criou o conceito de “espaço-tempo”, genial visualização da forma de atuação da força da gravidade. O espaço-tempo pode ser imaginado como uma rede esticada que os corpos pesados deformam como esferas de
ferro colocadas sobre um colchão
...TEORIA DA RELATIVIDADE GERAL,
Einstein teorizou também quedo choque monumental de dois buracos negros emanariam ondas gravitacionais capazes de, à semelhança dos objetos pesados, deformar a rede
do espaço-tempo
* Informação nesse contexto significa desde um código (como o Morse) até qualquer forma de energia ou matéria organizada (um átomo, por exemplo,
pois seus componentes são combinados de uma maneira que exige informação, e não ao acaso)
As imagens acima, divulgadas pelo Ligo, mostram os sinais das ondas gravitacionais detectados pelos dois
observatórios gêmeos nos Estados Unidos, em Livingston (Louisiana) e Hanford (Washington). Os dois detectores testemunharam o mesmo evento com uma
diferença de tempo de apenas 7 milésimos de segundo. A sobreposição de curvas, como
mostra o terceiro quadro, confirmou a detecção das ondas
ONDAS GRAVITACIONAIS
As ondas gravitacionais são um “campo”, termo que os cientistas utilizam para descrever certos tipos de partículas subatômicas e as forças mediadas por elas.
Por exemplo, a força eletromagnética é mediada por fótons, as mesmas partículas subatômicas de que é feita
a luz. A teoria prevê que um dia serão encontrados os grávitons, partículas subatômicas responsáveis pela
existência do campo gravitacional e suas ondas A euforia em torno da confirmação das ondas gravitacionais se explica principalmente por elas serem
um “campo” e, como todos os demais campos, obedecerem à Teoria da Relatividade Especial, segundo
a qual nada que contenha massa ou informação* pode viajar mais rápido do que a velocidade
da luz (300 000 quilômetros por segundo)
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bido para isso. As implicações da des-coberta são extraordinárias.
Disse a VEJA o americano Keith Ri-les, professor da Universidade de Michi-gan e membro do time de pesquisadores do Ligo: “A certeza da existência de on-das gravitacionais confirma que a teoria de Einstein está correta, já que até agora só haviam sido detectados alguns des-vios pequenos da tese de Newton. De-moramos para conseguir achar as evi-dências das ondas gravitacionais porque uma tecnologia muito avançada precisou ser desenvolvida para fazê-lo”. A gravi-dade é uma força onipresente no univer-so, mas é incomparavelmente mais fraca do que outras forças fundamentais da natureza. Tome-s e o eletromagnetismo. A energia eletromagnética do Sol que chega à Terra é de cerca de 1 400 watts por metro quadrado por segundo. A energia das ondas gravitacionais produ-zidas pelo Sol ao se mover no espaço, se convertida em eletricidade, mal daria para acender uma lâmpada de 100 watts. Portanto, para medir os efeitos de ondas gravitacionais, o equipamento tem mes-mo de ser altamente sensível. No caso do Ligo, foi necessário perceber uma dife-rença de apenas 4 milésimos do diâme-tro de um próton. Essa ínfima alteração nas dimensões de um tubo do equipa-mento do Ligo foi provocada pelas ondas gravitacionais nascidas da colisão de dois buracos negros que se fundiram em um só há 1,3 bilhão de anos. Da gigan-tesca fusão cósmica sobrou o equivalen-te à energia da massa de três estrelas do tamanho do nosso Sol. Foi essa fração da energia do choque dos buracos ne-gros que se transformou em ondas gra-vitacionais que, na Terra, foram sufi-cientes para bulir com os agora celebra-dos 4 milésimos do diâmetro de um pró-ton — e isso pôde ser medido pelo Ligo. Uma balança com esse grau de precisão seria capaz de determinar o peso de um elefante sem e com uma mosca pousada
A ideia de que nada que contenha massa ou informação pode viajar mais rápido do que a luz não é um capricho de Albert Einstein. É sua mais poderosa intuição e, em última análise, sua maior contribuição para a física, ao dar origem ao seguinte enunciado: “Não existem interações instantâneas a distância na natureza”
AS ONDAS GRAVITACIONAIS,
EINSTEIN E A VELOCIDADE DA LUZ
Entre as quatro forças fundamentais, de três delas (eletromagnetismo, força forte e força fraca)AS FORÇAS DA NATUREZA
já se conhecem as partículas mediadoras e os campos que elas propiciam. Faltava a gravidade,a mais misteriosa das forças, a mais fraca, mas a única a preencher todo o cosmo e atuar apenas em um sentido — ela só atrai, não repele
Em 1666 o inglês formulou a Lei da Gravidade, mas deixou registrado que a forma como a gravidade atua seria um mistério divino fora do alcance da inteligência dos homens. O máximo de elaboração a que ele chegou foi o conceito de espaço absoluto — algo insondável, misterioso e impenetrável
sobre o qual as esferas celestes deslizariam sem, no entanto, interagir De 1666 até 1905 — data da publicação da Teoria da Relatividade Especial
de Einstein —, ou seja, durante 239 anos, imaginou-se que a força da gravidade e outras forças atuavam instantaneamente
Einstein mostrou que não existem interações instantâneas a distância, pois as forças atuam por meio de campos que dependem de partículas mediadoras
e estas não atuam (interagem) em velocidades maiores que a da luz
ISAAC NEWTON, DEUS E O ESPAÇO ABSOLUTO
ELETROMAGNETISMO
Responsável pelas ondas que mantêm os elétrons em torno do núcleo dos
átomos. Controla a repulsão e a atração entre cargas elétricas
Partícula mediadora: fóton
FORÇA FORTE
No núcleo dos átomos, mantém unidos os quarks que formam os
prótons e nêutrons Partícula mediadora: glúon FORÇA FRACA Responsável pela emissão de radiação de elementos naturalmente radioativos Partículas mediadoras: W e Z GRAVIDADE
Controla a atração entre os corpos celestes e todos
os objetos com massa Partícula mediadora: gráviton (teorizado, mas
ainda não encontrado)
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nas costas. Um instrumento de medida que atingisse esse gabarito teria de ser bom o bastante para notar que a altura do Monte Everest foi acrescida de alguns centímetros porque um alpinista esque-ceu uma luva no topo do pico gelado.
Antes do anúncio da semana passa-da, a constatação indireta da existência de ondas gravitacionais já havia dado o Prêmio Nobel de Física de 1993 para os americanos Russell Alan Hulse e Joseph Hooton Taylor Jr. Eles estudaram um par de estrelas de nêutrons que forma-va um sistema energético único. Gra-dualmente esse sistema perdia energia, que Taylor e Hulse identificaram na forma de ondas gravitacionais. Os ga-nhadores do Nobel de 1993 provaram que as ondas gravitacionais podiam ser emitidas. Agora, os físicos do projeto Ligo vão, com certeza, ganhar o Nobel por provar que elas podem ser detecta-das — feito que já foi anunciado apres-sadamente antes por pelo menos duas equipes, obrigadas a se retratar em se-guida. A descoberta do Ligo não será posta em dúvida, em razão do rigor do experimento. Primeiro, o mesmo padrão de sinal foi detectado por dois interferômetros a mais de 3 000 quilô-metros de distância um do outro e den-tro de uma pequena fração de tempo. Segundo, havia informações suficien-tes no sinal para determinar as massas e as velocidades dos dois objetos em fusão, além da massa final e a quantia de energia radiada em forma de ondas gravitacionais. Terceiro, as equipes passaram quase cinco meses checando e rechecando os dados, tentando em vão encontrar explicações alternativas para os resultados obtidos. Só depois decidiram anunciar a descoberta. O teórico Einstein, mais uma vez, agra-dece aos físicos experimentais. Graças a eles, o universo ficou ainda maior. ƒ Com reportagem de Luiza Donatelli
