Impressão artística da colisão de duas estrelas de nêutrons. (Créditos da imagem: European Space Agency).

Em 2015 as ondas gravitacionais foram detectadas pela primeira vez pelo LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser), que foi fundado em 1992 nos Estados Unidos, junto a outro importante instrumento de detecção, o interferômetro europeu VIRGO, localizado na Itália, fundado em 1992. Sim, os cientistas levaram mais de 20 anos para realizar as primeira detecções.

Ambos possuem o mesmo princípio de funcionamento. As ondas gravitacionais causam pequenas variações no espaço – como as ondas que você vê na água. É muito difícil detectar essas ondas, por isso, é necessário um instrumento muito sensível. Em túneis blindados, longe de cidades e com quilômetros de comprimento, correm feixes de laser. Quando uma onda gravitacional passa por ali, pequenas variações nesse laser são detectadas.

O LIGO é formado por túneis realmente grandes. (Créditos da imagem: Wikimedia Commons).

As ondas gravitacionais são causadas quando ocorre uma forte interação entre dois objetos massivos, vulgo fusão. Conseguimos identificá-las somente quando essa interação é entre estrelas de nêutrons e buracos negros, os dois objetos mais massivos do Universo — em qualquer arranjo com esses dois tipos de corpos. Isso porque as ondas são quase imperceptíveis, e não haveria sensibilidade para captar ondas gravitacionais menores, pelo menos não com a nossa tecnologia atual.

Sabia-se das existências dessas ondas pelos trabalhos de um cientista não muito conhecido – Albert Einstein. A Relatividade Geral previu as ondas gravitacionais há mais de cem anos. A primeira detecção delas, em 2015, foi de tamanha importância que rendeu o prêmio Nobel de 2017 para os cientistas responsáveis. Desde então, tornou-se muito mais simples realizar essas detecções, e é algo que já está tornando-se praxe, em comparação às dificuldades iniciais – não que hoje seja fácil, é claro.

Recentemente, um grupo de pesquisadores “caçadores de buracos negros” encontrou o centro do sistema solar (VALLISNERI, M. et al.), com uma precisão nunca antes vista. O trabalho foi descrito no The Astrophysical Journal. Eles utilizaram, é claro, as ondas gravitacionais, com o Observatório Nanohertz para Ondas Gravitacionais (NANOGrav). A precisão foi de 100 metros. Talvez pareça muito, mas lembre-se que estamos falando da imensidão do espaço. Esse ponto, onde todas as massas se equilibram, localiza-se um pouco para fora da superfície do Sol. Idealmente se localizaria no centro do Sol, mas o planetas – com destaque para Júpiter – puxam o baricentro para o outro lado. Essa detecção foi um ensaio para testar técnicas para coisas maiores.

“A revolução em nossa compreensão do céu noturno e nosso lugar no Universo começou quando fizemos a transição de usar o olho nu para um telescópio em 1609. Quatro séculos depois, os cientistas estão passando por uma transição semelhante em seu conhecimento dos buracos negros, em busca de ondas gravitacionais.”. Quem faz esse paralelo é o comunicado de imprensa do estudo de VALLISNERI, M. et al.

Como defende o astrofísico Paul Sutter em um artigo publicado recentemente no Space.com, a próxima geração de detectores de ondas gravitacionais nos trarão muitas novidades. A geração atual não é tão precisa quanto o necessário para destrinchar mais detalhes sobre o cosmos. 

Uma equipe, liderada por Manuel Arca-Sedda, pós-doutorando pela Universidade de Heidelberg, publicou, em julho, um artigo, disponível por enquanto apenas no arXiv, e provavelmente ainda não revisada por pares. No artigo, eles fazem uma proposta de utilização para os observatórios de ondas gravitacionais da próxima geração, que terão uma tecnologia bem mais avançada do que os atuais.

Ele propõem a detecção de buracos negros de massa intermediária em aglomerados globulares de estrelas. Buracos negros de massa intermediária não são tão grandes quanto os buracos negros supermassivos, mas também não tão pequenos quanto os de massas estelares. Acredita-se que em grande parte desses aglomerados existam buracos negros intermediários. Se houvesse uma interação de três deles, poderia ocorrer uma instabilidade que causasse uma fusão e, consequentemente, ondas gravitacionais. 

Dois pontos principais decorrem da possível detecção desses buracos negros médios: seria a primeira prova empírica da existência deles, já que estão hoje apenas no campo teórico. O segundo ponto é entender uma pouco melhor sobre os aglomerados globulares – desde sua formação, até o desenvolvimento, caso realmente existam buracos negros médios por lá. 

Os astrônomos citam como exemplo de observatório que possuirá tal sensibilidade o Laser Interferometer Space Antenna, ou Evolved Laser Interferometer Space Antenna. Este observatório não ficaria blindado no subsolo, mas no espaço. Em desenvolvimento pela Agência Espacial Europeia, e composto por três satélites, a previsão de lançamento é para 2034, e fará parte da próxima geração de detectores de ondas gravitacionais.

(Créditos da imagem: Freepik Premium).

O ano de 2034 pode parecer um pouco distante, mas o tempo passa rápido, e para o progresso  da ciência, esse é um período bastante curto. Nos anos 2030, presenciaremos uma nova fase da exploração espacial. Estamos, no momento, em transição. Lá, poderemos detectar coisas que nem imaginamos, estaremos construindo bases humanas em Marte e expandindo o conhecimento como nunca antes visto – isso se a humanidade sobreviver a década de 2020.

ATUALIZAÇÃO (02/09):

No texto eu havia argumentado que a próxima geração de observatórios de ondas gravitacionais poderiam detectar buracos negros de massa intermediária, e que a geração atual não possui essa capacidade. Isso era tido como verdade com os dados até então disponíveis. Hoje, 02 de setembro, poucos dias após a publicação, um grupo de pesquisadores publicou dois artigos, onde descrevem a descoberta de um buraco negro de massa intermediária por meio das ondas gravitacionais, com a atual geração de observatórios. Ou seja, a previsão de que eles não teriam essa sensibilidade não se confirmou.

Referências: 

  1. ARCA-SEDDA, Manuel et al. “Detecting intermediate-mass black holes in Milky Way globular clusters and the Local Volume with LISA and other gravitational wave detectors”. Acesso em: 31 ago. 2020.
  2. CASTELVECCHI, Davide; WITZE, Alexandra. “Einstein’s gravitational waves found at last”. Nature.
  3. SUTTER, Paul. “Hunting for medium-sized black holes with the next generation of gravitational wave detectors”. Space.com. Acesso em: 31 ago. 2020.
  4. VALLISNERI, M. et al. “Modeling the Uncertainties of Solar System Ephemerides for Robust Gravitational-wave Searches with Pulsar-timing Arrays”. The Astrophysical Journal. Acesso em: 31 ago. 2020.
  5. Vanderbilt University; EurekAlert. “To find giant black holes, start with Jupiter”. Acesso em: 31 ago. 2020.