LIGO poderá detectar deformações permanentes no tecido espaço-tempo
 

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Diógenes Henrique19 de maio de 201712 min

A astronomia de onda gravitacional irá atingir o pleno desenvolvimento, permitindo estudar a física de ondas gravitacionais sutis e o intrigante efeito “memória do espaço-tempo”.

Em fevereiro do ano passado, o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) anunciou a primeira detecção de ondas gravitacionais – ondulações no tecido do espaço-tempo previsto pelas equações de campo de Einstein da Relatividade Geral. A descoberta, conseguida por detectores avançados do LIGO capazes de medir deslocamentos relativos menores do que um décimo milésimo do diâmetro de um próton, abriu o campo da astronomia gravitacional de onda.

As primeiras ondas gravitacionais foram detectadas a partir de um evento cósmico catastrófico muito distante. A fusão de dois buracos negros há 1,3 bilhões de anos criou um buraco negro giratório e liberou ondas gravitacionais, ondulações do tecido espaço-tempo, que atingiram a Terra distante 1,3 bilhões de anos-luz.

Em junho daquele ano, o LIGO anunciou uma nova detecção de ondas gravitacionais da colisão de buracos negros a 1,4 bilhões de anos-luz de distância. Os dois eventos confirmados (o primeiro é indicado como GW150914 e o segundo como GW151226) nos primeiros meses de operações dos detectores avançados do LIGO indicam que é possível detectar outros eventos de colisão de buracos negros e que a astronomia de ondas gravitacionais em breve poderá estar em total desenvolvimento.

Como um suéter esticado com frequência por ombros largos, o espaço-tempo pode ser permanentemente deformado pelas ondas gravitacionais que constantemente ondulam através dele. Essa distorção, chamada memória de onda gravitacional, poderia nos permitir detectar ondas anteriormente fora do nosso alcance – mesmo que não possamos ver o evento que as causou.

Isso nos oferece a esperança de que possamos encontrar alguns dos objetos mais exóticos do universo.

As ondas gravitacionais são criadas por objetos maciços movendo-se através do espaço-tempo. Em 2015, o LIGO detectou pela primeira vez uma onda gravitacional causada por dois buracos negros espiralando um com o outro e se fundindo. Desde então, os teóricos têm trabalhado duro para descobrir com o que essas ondas de outros eventos e objetos cósmicos se pareceriam.

Alguns dos objetos mais exóticos da física, como a evaporação de buracos negros, cordas cósmicas e até mesmo possíveis dimensões extras, induziriam ondas gravitacionais em frequências muito mais altas do que podemos detectar atualmente.

Mas ainda há esperança de que esses objetos indescritíveis possam deixar um sinal detectável, dizem Lucy McNeill e seus colegas Eric Thrane e Paul Lasky na Universidade Monash em Melbourne, Austrália.

Distorção no tecido espaço-tempo

Se duas pessoas flutuassem perto, digamos, de um par de buracos negros se fundindo, o espaço entre elas cresceria e encolheria à medida que o espaço-tempo fosse esticado e distorcido por ondas gravitacionais.

Uma vez que os buracos negros terminaram de se fundir e as ondas cessaram, essa oscilação pararia – mas as duas pessoas estariam a uma distância diferente da quando chegaram. A memória das ondas gravitacionais as deixaria um pouco mais afastadas ou mais próximas.

Esta distorção permanente do espaço-tempo cria um sinal 10 a 100 vezes mais fraco e com uma frequência muito menor do que a original da onda gravitacional oscilante que a fez. Poderia também estender-se em todas as direções, mesmo que as próprias ondas gravitacionais tivessem sido irradiadas em uma direção específica.

Essa diferença na frequência implica que os tipos de eventos para os quais o LIGO e detectores similares para os quais podem revelar ondas gravitacionais terão frequência muito abaixa para que eles também captem o sinal de memória.

Mas se houver eventos astrofísicos que produzam ondas gravitacionais em frequências muito altas para que o LIGO possa detectar, seus sinais de memória podem cair facilmente no intervalo de detecção do observatório, permitindo assim que os peguemos. McNeill e seus colegas chamam esses sinais de “órfãos” porque a onda mãe não é detectável.

“Podemos usar o LIGO para sondar o universo para as ondas gravitacionais que antes eram consideradas invisíveis para ele”, diz McNeill. “O LIGO definitivamente não será capaz de ver as oscilações, mas será capaz de detectar a assinatura de memória, se tais objetos existem.”

Objetos teóricos

De fato, os sinais de memória poderiam fornecer a primeira prova definitiva de que muitos objetos que emitem ondas gravitacionais de alta frequência existem. Tais objetos do extremo mais teórico do espectro, como pequenos buracos negros primordiais, ainda não escaparam do reino da teoria.

“O problema é que as situações astrofísicas que predizem ondas gravitacionais nessas frequências muito altas são bastante especulativas”, diz Marc Favata da Universidade Estadual de Montclair (Montclair State University), em Nova Jersey, Estados Unidos. “Nós não temos provas sólidas de que tais fontes de alta frequência existem – mas poderiam, se certos modelos estiverem corretos.”

Os sinais de memória órfãos poderiam representar um raio de luz para essas teorias, permitindo que os pesquisadores encontrem fontes de alta frequência sem ter que procurar as fontes delas.

“O que mais me excita é que a memória nos dá uma ferramenta para sondar uma gama do espectro de ondas gravitacionais que não era anteriormente acessível”, diz Thrane. “Quem vai saber o que podemos encontrar?”

Referências: