Einstein estava certo: Teoria da Relatividade ganha nova e impressionante comprovação

O próprio tecido do cosmos está sendo constantemente agitado e “amarrotado” ao nosso redor, de acordo com várias equipes internacionais de cientistas que encontraram independentemente evidências convincentes de ondas de espaço-tempo teorizadas há muito tempo.

A alegação de que os telescópios em todo o planeta viram sinais de um “fundo de onda gravitacional” causou emoção na comunidade astrofísica, que está agitada há dias em antecipação aos documentos que foram divulgados nesta quarta-feira (28).

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A descoberta parece afirmar uma implicação surpreendente da Teoria Geral da Relatividade de Albert Einstein, que até agora tem sido sutil demais para ser detectada.

Entenda a Teoria da Relatividade de Einstein

• No universo reimaginado de Einstein, o espaço não está serenamente vazio e o tempo não avança suavemente;
• Em vez disso, as poderosas interações gravitacionais de objetos massivos – incluindo buracos negros supermassivos – provocam ondulações regulares do tecido do espaço e do tempo;
• A imagem que emerge é um Universo que parece com um “mar agitado”, inquietado por eventos violentos que aconteceram ao longo dos últimos 13 bilhões de anos;

O fundo das ondas gravitacionais, conforme descrito pelos astrofísicos, não impõe nenhum torque na existência humana cotidiana. Não há descoberta de perda de peso aqui em algum lugar.

Um borbulhar de ondas gravitacionais não pode explicar por que, em alguns dias, nos sentimos mal, mas oferece visão potencial da realidade física que todos habitamos.

“O que medimos é o tipo de movimento da Terra neste ‘mar’. Está balançando – e não está apenas subindo e descendo, está balançando em todas as direções”, disse Michael Lam, astrofísico do Instituto SETI e membro do Observatório Norte-americano de Nanohertz para Ondas Gravitacionais (NANOGrav), equipe amplamente baseada na América do Norte. O grupo divulgou as descobertas em cinco artigos publicados nesta quarta-feira (28) no Astrophysical Journal Letters.

Equipes de Europa, Índia, Austrália e China também observaram o fenômeno e planejaram publicar seus estudos ao mesmo tempo.

A liberação simultânea de artigos de equipes distantes e competitivas usando metodologia semelhante ocorreu somente após alguma diplomacia científica, que garantiu que nenhum grupo tentasse furar o resto da comunidade astrofísica.

Estivemos em missão nos últimos 15 anos para encontrar um zumbido baixo de ondas gravitacionais ressoando por todo o Universo e lavando nossa galáxia para distorcer o espaço-tempo de maneira mensurável. Estamos muito felizes em anunciar que nosso trabalho duro valeu a pena.

Stephen Taylor, presidente da NANOGrav, da Vanderbilt University, em entrevista coletiva

Achados a partir de pulsares

A “façanha” se baseou em descobertas anteriores de coisas no Universo que são invisíveis a olho nu – os pulsares.

Um pulsar é um tipo de estrela de nêutrons, o remanescente ultradenso de uma estrela morta.

É chamado de pulsar porque gira rapidamente, centenas de revoluções por segundo, e emite ondas de rádio em pulso constante.

Os pulsares foram descobertos apenas na década de 1960, pouco depois da invenção dos grandes radiotelescópios.

O NANOGrav coletou dados de 68 pulsares usando o Green Bank Telescope, localizado na zona rural da Virgínia Ocidental; os 27 telescópios do Karl G. Jansky Very Large Array, no Novo México; e o agora extinto Observatório de Arecibo em Porto Rico.

Os pulsos desses objetos bizarros atingem os telescópios na Terra em frequências tão previsíveis que servem como relógios cósmicos, quase tão precisos quanto os relógios atômicos mais avançados de hoje, afirmou Chiara Mingarelli, astrofísica da Universidade de Yale e membro da equipe do NANOGrav.

Os teóricos acreditavam que ondas gravitacionais de baixa frequência poderiam atrapalhar a chegada de sinais pulsares.

Essas ondulações de baixa frequência podem ter cristas separadas por anos, então, a busca por ondulações sutis no mar do espaço-tempo exigia paciência. O desvio nos dados do pulsar é tão pequeno que foram 15 anos de observações para chegar a evidências sólidas dessas ondas gravitacionais, contou Mingarelli.

O time do NANOGrav já havia publicado relatórios com sugestões preliminares de que o fundo existe, mas disse que era necessário mais tempo para aumentar a confiança de que o sinal era real e não apenas ruído. “Mesmo conceber o experimento foi um grande salto mental”, detalhou a astrofísica.

Ondulação constante

A existência de ondas gravitacionais não está em disputa. Em 2016, os cientistas anunciaram que seu ambicioso experimento de quatro décadas chamado LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, ou Observatório de ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser, em tradução livre), detectou ondas da fusão de dois buracos negros.

Mas as ondas recém-anunciadas não são maravilhas de uma só vez, e os teóricos estão discutindo as muitas explicações potenciais para o motivo pelo qual o “mar cósmico” ondula dessa maneira. Buracos negros supermassivos são a explicação preferida.

A maioria das galáxias abriga buracos negros supermassivos dentro ou perto de sua região central. Esses buracos negros, de fato, merecem o rótulo de “supermassivos”: eles costumam ter a massa equivalente a milhões ou até bilhões de sóis. Em contraste, os buracos negros de “massa estelar” são minúsculos, com massas semelhantes a 10, 20 ou 30 sóis.

As galáxias raramente colidem, mas o Universo é vasto; existem muitos bilhões de galáxias e elas tiveram muito tempo para se chocar umas com as outras.

Durante um encontro galáctico, segundo os teóricos, os buracos negros supermassivos nos núcleos das duas galáxias primeiro farão uma “dança gravitacional”. Eles podem orbitar mutuamente por milhões de anos, afirmou Lam. Este emparelhamento é conhecido como binário de buraco negro supermassivo.

Essa “dança giratória” perturba o tecido do espaço-tempo o suficiente para gerar ondas gravitacionais de frequência muito baixa que viajam pelo universo na velocidade da luz, acreditam os cientistas.

Com o tempo, a energia “vaza” do “evento”, e os buracos negros supermassivos se aproximam, com seu período orbital encurtando para apenas algumas décadas. Nesse ponto, os comprimentos de onda começam a atingir as frequências detectáveis pelo NANOGrav, contou Lam.

Portanto, neste ponto de nossas medições, não podemos afirmar definitivamente quais fontes estão produzindo o sinal de fundo da onda gravitacional. No entanto, os dados são correspondência convincente para as previsões teóricas.

Luke Kelley, astrofísico da Universidade da Califórnia em Berkeley e membro da equipe NANOGrav, em coletiva de imprensa

Procura por outras fontes para o sinal

Os teóricos estão se “divertindo” com outras fontes possíveis para o sinal de baixa frequência, acrescentou Kelley. Mas, “se não vier de binários de buracos negros supermassivos, precisaríamos encontrar alguma explicação onde esses buracos negros supermassivos estão se escondendo e por que não estamos vendo suas ondas gravitacionais”.

Nova era astronômica

Independente da fonte do sinal, o anúncio de um fundo de onda gravitacional representa marco no campo embrionário da astronomia de ondas gravitacionais.

Assim como alguns astrônomos usam diferentes comprimentos de onda de luz para sondar o cosmos, agora eles podem procurar por diferentes tipos de ondas gravitacionais.

As ondas de baixa frequência anunciadas nesta quarta-feira (28) não seriam detectáveis pelo LIGO, e o oposto também é verdade: o NANOGrav e esforços semelhantes usando pulsares não conseguiram detectar o tipo de ondas de alta frequência das inimaginavelmente violentas fusões de buracos negros de massa estelar observadas pelo LIGO.

Lam disse que o próximo objetivo é emparelhar ondas gravitacionais específicas com potenciais binários de buracos negros supermassivos detectados via formas mais tradicionais de astronomia.

Em outras palavras, em vez de apenas dizer que estamos captando sinais de muitas ondas, os astrônomos poderiam dizer que essa onda em particular veio de determinado lugar em específico.

O anúncio traz um eco de outro marco na história da cosmologia. Em 1965, dois físicos do Bell Labs relataram que haviam detectado o sinal de algo previamente teorizado: a radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Esse brilho residual ofereceu evidências marcantes de que o Universo foi criado pelo big bang.

Maura McLaughlin, codiretora do NANOGrav Physics Frontiers Center, disse que o próximo passo será as equipes internacionais combinarem seus dados independentes em “conjunto de dados ‘super’”, que deve mostrar sinal ainda mais claro da gravidade onda de fundo – e, talvez, até a primeira detecção de binário de buraco negro supermassivo.

“Estamos abrindo uma janela completamente nova no Universo das ondas gravitacionais”, disse ela.

O trabalho, ainda de acordo com McLaughlin, deve oferecer visão mais profunda sobre as formas como as galáxias se formam e evoluem. Pode até revelar nova física exótica que alteraria nossa compreensão fundamental do cosmos: “Deve ser muito, muito emocionante”.

Com informações de The Washington Post

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