Detectores de ondas gravitacionais

Em 1974 foi descoberto um pulsar binário que perdia energia mais rápido do que o previsto. Segundo os pesquisadores que estudam o fenômeno, esta perda de energia adicional seria devido às ondas gravitacionais geradas pelo sistema. Um pulsar é um tipo de estrela que no fim de sua vida transforma-se em uma estrela de nêutrons e emite grande quantidade de radiação. Já um pulsar binário é um sistema de dois pulsares que orbitam um ao redor do outro.

Para entendermos como são formadas essas ondas gravitacionais, imagine que uma pedra caísse dentro de um tranquilo lago. Isto produziria ondas que se propagariam até as margens.

De forma análoga, o pulsar binário perturba o espaço-tempo à sua volta como a pedra perturba o líquido. As ondas gravitacionais produzidas, embora extremamente fracas, poderiam de alguma forma ser detectadas por um astrônomo com os equipamentos certos. Atualmente cientistas do mundo inteiro estão se mobilizando para detectar estas ondulações através de diferentes tipos de detectores de ondas gravitacionais.

Mais do que compreender um fenômeno astronômico, o conhecimento a respeito das ondas gravitacionais pode contribuir para unificação de todas as teorias a respeito das forças fundamentais em uma única Teoria que aborde todas as forças do Universo! Isto porque, conhecemos muito bem as forças eletromagnética, nuclear forte e nuclear fraca, bem como as partículas responsáveis pela sua propagação. Também já somos capazes de unificar estas forças em uma única Teoria, a Teoria Quântica de Campos.

Porém ainda não há comprovação experimental de diversos aspectos da gravitação e a forma com que ela se propaga. Isto ocorre devido as dificuldades experimentais de estudar fenômenos gravitacionais e as partículas envolvidas, os grávitons.

Uma forma de estudar estes fenômenos extremos é a detecção de ondas gravitacionais. Elas não possuem comprovação experimental direta, e por isso há uma corrida entre físicos e astrônomos de diversas partes do mundo buscando sua detecção. Algumas das equipes que participam deste esforço são brasileiras.

A grande dificuldade em detectar ondas gravitacionais está na minúscula influência que elas teriam sobre a nossa região do espaço. O pulsar mais próximo da Terra fica a 500 anos luz de distância. Isto é tão longe que a luz (ou uma onda gravitacional, que se propaga na mesma velocidade dos fótons no vácuo) levaria 500 anos para chegar até a Terra. A intensidade destas ondas decresce muito rápido conforme se afastam da fonte. Em nosso planeta, é necessário utilizar engenhosos artifícios para separar o efeito de uma onda gravitacional de vibrações sísmicas ou de outras ondas gravitacionais originadas em outras regiões do Universo.

Alguns experimentos importantes para estudar ondas gravitacionais são o americano aLIGO (Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, ou Observatório Avançado de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser) e o detector brasileiro Mario Schenberg, em operação no Instituto de Física da USP, em São Paulo.

Vista aérea do LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Foto: © LIGO / http://www.ligo.caltech.edu/

Vista aérea do LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Foto: © LIGO / http://www.ligo.caltech.edu/

O aLIGO, como o nome descreve, utiliza um interferômetro laser gigante e de altíssima precisão para medir qualquer variação que possa ser associada a ondas gravitacionais. Um interferômetro é um dispositivo que compara dois feixes de luz laser provenientes de direções diferentes e assim são capazes de determinar oscilações mínimas nos feixes. No caso do observatório de ondas gravitacionais americano, mínimas alterações nos espelhos do interferômetro separados por um kilômetro de distância poderão ser detectadas e estudadas.

Semelhante ao aLIGO, o interferômetro VIRGO está instalado no EGO (European Gravitational Observatory ou Observatório Gravitacional Europeu) em Cascina, na Itália.

Já o detector Mário Shenberg é composto por uma esfera metálica de mais de uma tonelada, resfriada a alguns centésimos acima do zero absoluto. A essa temperatura é possível estudar as variações da esfera sem a influência da agitação das moléculas pelo calor.

Em um esforço internacional, os cientistas pretendem lançar ao espaço o interferômetro LISA (Laser Interferometer Space Antenna ou Antena Interferômetro Laser Espacial). Este interferômetro seria montado no espaço a partir de 3 naves que juntas formariam um triângulo equilátero cujo lado mediria centenas de quilômetros.

A exemplo da radioastronomia, pesquisadores acreditam que a detecção de ondas gravitacionais irá inaugurar um novo campo de pesquisas espaciais, a astronomia gravitacional.

Fontes:
http://www.inpe.br/noticias/noticia.php?Cod_Noticia=3200
http://www.inpe.br/noticias/noticia.php?Cod_Noticia=808
http://www2.uol.com.br/sciam/noticias/anseio_pela_fusao.html
http://www.ipta4gw.org/
http://www.ligo.caltech.edu/

Arquivado em: Física