Naves com laser miram ondas gravitacionais no espaço; entenda

A Agência Espacial Europeia (ESA) aprovou o primeiro experimento para medir ondas gravitacionais no espaço: o Laser Interferometer Space Antenna (LISA). A construção da missão espacial multimilionária começará em 2025, com lançamento planejado para 2035.

Para quem tem pressa:

• A Agência Espacial Europeia (ESA) aprovou o experimento LISA para medir ondas gravitacionais no espaço, com construção em 2025 e lançamento previsto para 2035;
• O LISA usará feixes de laser para detectar ondas gravitacionais, criadas por eventos cósmicos como fusões de buracos negros supermassivos, e medir distâncias de luz laser entre massas no espaço com precisão extremamente alta;
• O LISA será composto por três naves espaciais, que voarão em formação triangular em órbita ao redor do Sol. Cada nave conterá um cubo de ouro e platina, usado para medir as ondas gravitacionais;
• A missão deve ampliar a capacidade da ciência de observar fenômenos cósmicos, ondas gravitacionais do início do Universo e fenômenos astronômicos nunca observados.

O laser usará feixes de laser, que percorrerão 2,5 milhões de quilômetros no Sistema Solar, para detectar ondulações gigantescas no espaço-tempo causadas por fusões entre buracos negros supermassivos, por exemplo.

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Ondas gravitacionais na mira (laser)

O experimento envolve medir a distância que a luz laser percorre entre duas massas, milhões de quilômetros distantes, com precisão de um trilionésimo de metro. Tudo isso enquanto nada além do próprio espaço-tempo afeta o movimento das massas.

Para entender o experimento, vamos dividí-lo em duas partes:

• O LISA consistirá em três naves espaciais idênticas, que lembram modelos de histórias de ficção-científica. Cada nave terá um cubo flutuante de ouro e platina; e voarão em formação de triângulo equilátero em órbita ao redor do Sol.
• O experimento usará lasers para medir a distância entre os cubos em cada nave com tamanha precisão que poderá detectar quando ondas gravitacionais – ondulações sutis causadas por corpos maciços em aceleração – esticam o espaço-tempo entre eles na escala de picômetros.

A “mira” do laser será sensível a ondas gravitacionais com comprimentos de onda entre 300 mil e três bilhões de quilômetros. Embora fazer medições tão precisas à distância seja desafiador, é mais fácil no espaço do que na Terra, segundo Karsten Danzmann, diretor do Instituto Max Planck de Física Gravitacional, em entrevista à revista Nature. A parte difícil é tornar a tecnologia robusta o suficiente para todas as eventualidades.

Importância e contexto

O LISA poderá observar ondas gravitacionais de frequência muito mais baixa do que as detectadas na Terra. Assim, vai dar para detectar fenômenos como buracos negros orbitando entre si. Esses são mais massivos e distantes do que os observados pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO), que detectou ondas gravitacionais pela primeira vez em 2015.

Além da fusão de buracos negros supermassivos, o laser conseguirá medir sinais de sistemas em estágios iniciais de colisão e até fenômenos completamente novos, como estrelas anãs brancas colidindo. Espera-se que também detecte um zumbido de fundo de ondas gravitacionais criadas no Universo primitivo e talvez sinais dos primeiros buracos negros.

A China também planeja lançar um detector de ondas gravitacionais baseado no espaço nos anos 2030. As equipes do Taiji e do LISA esperam que as missões se sobreponham, complementando-se numa “rede de detectores de ondas gravitacionais no espaço”.