sexta-feira, 1 de abril de 2016

Ondas Gravitacionais

Experimento vê ondas gravitacionais, fenômeno previsto por Einstein

Abalo no espaço e no tempo foi provocado por colisão de buracos negros.
Fenômeno foi antecipado pela Teoria da Relatividade Geral, há cem anos.

por Rafael GarciaDo G1, em São Paulo
 Simulação ilustra colisão de buracos negros como aquela detectada pelo projeto Ligo (Foto: Andy Bohn et al.)
Simulação ilustra colisão de buracos negros como aquela detectada pelo projeto Ligo (Foto: Andy Bohn et al.)

Um consórcio internacional de cientistas anunciou nesta quinta-feira (11) a primeira detecção de ondas gravitacionais, um fenômeno previsto pelo físico Albert Einstein há exatos cem anos, mas que nunca havia sido observado.
"Nós detectamos ondas gravitacionais. Nós conseguimos", afirmou David Reitze, diretor do projeto, em uma entrevista coletiva na manhã desta quinta, em Washington.
O que os pesquisadores do projeto Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) encontraram essencialmente foram "distorções no espaço e no tempo" causadas por um par de objetos com massas enormes interagindo entre si.
Neste caso específico, os cientistas acreditam que o evento observado seja fruto da interação entre dois enormes buracos negros.

O QUE FOI DESCOBERTO?
Observando a interação de dois buracos negros (objetos do universo com gravidade extremamente forte)  os pesquisadores registraram, pela primeira vez, as ondas de distorçãoprovocadas pela força gravitacional  no espaço e no tempo

Quando elaborou sua teoria da Relatividade Geral, Einstein afirmou que a gravidade é uma força de atração que age distorcendo o espaço e o tempo -- espaço e tempo, em sua concepção são uma coisa só. Quando há uma interação de objetos muito maciços, para os quais a força da gravidade é muito grande, eles produzem ondas que se propagam no espaço.
As ondas gravitacionais estão para a gravidade assim como a luz, uma onda eletromagnética, está para o magnetismo e a eletricidade, forças capazes de gerar luminosidade.
Oscilação sutil
A detecção de ondas gravitacionais, porém, requer aparelhagem capaz de perceber oscilações muito mais sutis do que a luz. O Ligo consiste em dois enormes detectores de cerca de 4 km de extensão nos estados de Washington e Louisiana, nos EUA, operando conjuntamente.
O Ligo em si começou a funcionar em 2002, depois de outros experimentos iniciais, e sua sensibilidade vem sendo aprimorada desde então. Só com um aprimoramento maior realizado no ano passado, porém, foi possível detectar um primeiro evento.
A colisão de buracos negros registrada pelo projeto foi detectada em 14 de setembro. Cada um dos dois objetos pesava cerca de 30 vezes a massa do Sol, e o fenômeno ocorreu a 1,3 bilhão de anos-luz.
Os buracos negros em colisão detectados pelo experimento são essencialmente estrelas mortas que implodiram dentro de sua própria força gravitacional. Esses objetos são escuros porque têm uma força de atração de gravidade tão grande que capturam até a luz.
 Físico Rainer Weiss estica tela para ilustrar como ondas gravitacionais distorcem o espaço (Foto: NSF)
Físico Rainer Weiss estica tela para ilustrar como ondas gravitacionais distorcem o espaço (Foto: NSF)

O custo do projeto Ligo foi estimado em US$ 620 milhões. O projeto foi uma iniciativa conjunta do Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia) e do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts). Ao longo dos 40 anos que se passaram entre a construção do primeiro detector e a detecção das primeiras ondas gravitacionais, outros centros de pesquisa se juntaram à iniciativa.
No Brasil, físicos do Inpex (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e do IFT-Unesp (Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual Paulista) participaram do projeto.

ENTENDA AS ONDAS GRAVITACIONAIS EM 7 PASSOS
1) Na teoria da Relatividade de Einstein, o espaço e o tempo são uma coisa só: o espaço-tempo

2) O espaço-tempo, para a Relatividade, não é uma entidade fixa, mas maleável

3) Quando um astro de grande massa oscila, sua gravidade cria ondas no espaço-tempo, da mesma forma que um barco chacoalhando cria ondas na água

4) Essas ondas gravitacionais, porém, são minúsculas, com milionésimos de milionésimos de milímetros

5) O Ligo, um experimento engenhoso nos EUA, foi capaz de capturar pela primeira vez a oscilação de ondas gravitacionais

6) A fonte das ondas detectadas pelo experimento eram dois buracos negros que giravam em torno um do outro e colidiram
7) A descoberta é importante porque consolida a teoria de Einstein e porque astrônomos podem agora estudar alguns fenômenos que não são visíveis pela luz

Nobel à vista
A magnitude do projeto e a importância das ondas gravitacionais para a copreensão atual da física sobre a natureza do espaço são fatores que devem pesar na concessão de um prêmio Nobel aos físicos que elaboraram o experimento.
Entre os nomes a serem apontado provavelmente estão Kip Thorne, do Caltech, e Rayner Weiss, do MIT, idealizadores da tecnologia por trás do usada no experimento.
Weiss esteve presente na entrevista coletiva explicando como conseguiu isolar as oscilações do
"Nós precisávamos de uma precisão de 10 elevado a -18, o que é um milésimo do tamanho do núcleo de um átomo", afirmou. "É como você pegar um metro e dividir por um milhão, três vezes seguidas."
Thorne, do Caltech, também compareceu ao anúncio em Washington, e explicou como foi a colisão de buracos negros que gerou as ondas gravitacionais detectadas pelo Ligo.
"Isso foi como uma tempestade que durou apenas 25 milissegundos, mas muito poderosa", afirmou. "A taxa de energia liberada pelo evento foi 25 vezes maior do que o poder de todas as estrelas do Universo juntas. Como o evento foi muito breve, porém, a força total do evento não foi muito grande, e era equivalente 'apenas' à destruição de três sóis."
O terceiro criador do Ligo, Ronald Drever, do Caltech, não compareceu ao anúncio por problemas de saúde.
 Físico Rainer Weiss estica tela para ilustrar como ondas gravitacionais distorcem o espaço (Foto: NSF)Vista aérea das instalações do experimento Ligo em Livingston, na Louisiana (Foto: MIT/Caltech)


Tecnologia de precisão

O Ligo é composto de interferômetros, que são conjuntos de espelhos e filtros de luz desviando feixes de laser até um detector. As ondas gravitacionais são percebidas por meio de fracas vibrações que causam no espaço-tempo, fazendo os espelhos oscilarem.

Como os componentes de cada interferômetro estão afastados por mais 4 km de distância, uma ínfima vibração nos espelhos faz a frequência do laser se desalinhar, revelando o efeito das ondas gravitacionais sobre esses objetos.
Para evitar que o experimento sofresse com a vibração e ruido normal presentes no solo, os cientistas construíram os interferômentros em um sofisticado sistema de pêndulos para absorver esses impactos. O físico Odylio Aguiar, do Inpe, participou do projeto dos amortecedores na atual configuração do Ligo.
Para evitar que ruído fosse considerado sinal, além disso, o Ligo construiu dois interferômetros muito distantes um do outro, um em Washington e outro na Louisiana. Assim, os cientistas sabiam que se ambos capturassem o mesmo sinal sob uma determinado intervalo de tempo, a detecção dificilmente poderia ser atribuída a vibrações espúrias.
O experimento operou inicialmente de 2002 a 2010, porém sem captar nenhum sinal. Depois de aprimoramentos feitos para aumentar sua sensibilidade, porém, o Ligo capturou um evento interessante, poucos dias depois de ter sido religado.
Sinal e ruído
Mesmo com toda a parafernália experimental, separar o sinal de ruídos que afetavam o experimento não era algo simples. O físico Riccardo Sturani, da Unesp, trabalhou por oito anos com a equipe responsável por filtrar os sinais do Ligo.
"A detecção em 14 de setembro foi inesperada porque o Ligo já tinha tomado dados no passado e tinha acabado de recomeçar os trabalhos", afirmou. "Mesmo com uma sensibilidade 3 vezes melhor, a previsão teórica sobre as fontes dos sinais de ondas gravitacionais não era muito promissora."
Segundo Sturani, outros grandes experimentos similares ao Ligo devem começar a operar nos próximos anos, e isso permitirá aos cientistas fazer coisas como localizar fontes das ondas gravitacionais com mais precisão.
Astrônomos não foram capazes de localizar ainda onde ocorreu a colisão de buracos negros detectada pelo experimento, porque para isso seriam necessários três grandes interferômetros, e o Ligo só possui dois. A única coisa que se sabe é que o evento detectado ocorreu no céu do hemisfério sul.
A possibilidade de observar o céu em ondas gravitacionais agora, e não apenas em ondas eletromagnétcias, como a luz, abre a perspectiva de descoberta de fenômenos antes invisíveis para os astrônomos.  "É como se você pudesse ouvir depois de uma vida de surdez", afirmou.

* Matéria originalmente realizada por Rafael Garcia Do G1, em São Paulo em 11/02/2016

  

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