O 'tsunami' de ondas gravitacionais que pode mudar o que sabemos do Universo

Uma investigação global descobriu um número recorde de ondas gravitacionais, um fenômeno que Einstein previu, mas nunca pensou que poderia ser detectado.

Por Carlos Serrano, BBC

18/11/2021 09h32  Atualizado há uma semana

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As ondas gravitacionais surgem após a colisão violenta entre dois objetos massivos, como buracos negros — Foto: Getty Images via BBC

Um fenômeno que Einstein previu há mais de 100 anos e que foi observado pela primeira vez em 2015 agora bate um novo recorde.

Trata-se das ondas gravitacionais, ondulações na estrutura do espaço-tempo que ocorrem quando dois objetos hipermassivos, como buracos negros, colidem violentamente.

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Uma pesquisa recente feita por centenas de cientistas dos observatórios Ligo, nos Estados Unidos, Virgo, na Itália, e Kagra, no Japão, afirma ter detectado o maior número de ondas gravitacionais até hoje.

Essa descoberta pode ajudar a resolver alguns dos quebra-cabeças mais complexos do universo, incluindo os componentes fundamentais da matéria e o funcionamento do espaço e do tempo.

"Esta é realmente uma nova era para a detecção de ondas gravitacionais", disse em comunicado Susan Scott, pesquisadora do Centro de Astrofísica Gravitacional da Universidade Nacional da Austrália e uma das autoras do estudo.

"É um grande avanço em nossa busca para descobrir os segredos da evolução do universo", disse a especialista.

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A publicação com os resultados das observações ainda está sob revisão, mas, com este anúncio, o "futuro da colaboração Ligo-Virgo-Kagra é muito promissor", disse à BBC News Mundo Eduard Larrañaga, físico teórico e professor do Observatório Nacional, na Colômbia, que não participou do estudo.

Um tsunami de ondas gravitacionais

Ilustração da fusão entre uma estrela de nêutrons e um buraco negro gerando uma onda gravitacional — Foto: Carl Knox, Ozgrav-Swinburne University/Ligo (via BBC)

O trabalho colaborativo Ligo-Virgo-Kagra detectou 35 novas ondas gravitacionais entre novembro de 2019 e março de 2020.

Essa quantidade é mais de 10 vezes o número de ondas gravitacionais que o Ligo-Virgo detectou em sua primeira rodada de observações, que ocorreu ao longo de quatro meses, entre 2015 e 2016.

É "um tsunami", diz Scott.

Das 35 ondas detectadas, 32 são o resultado de colisões entre buracos negros em fusão e três correspondem a colisões entre estrelas de nêutrons e buracos negros.

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Essas colisões monumentais ocorreram, em sua maioria, a bilhões de anos-luz de distância, gerando ondulações através do espaço-tempo.

Com essa descoberta, já existem 90 ondas gravitacionais detectadas entre 2015 e 2020.

O que são ondas gravitacionais?

Ondas gravitacionais distorcem o espaço-tempo — Foto: Getty Images via BBC

Quando os objetos cósmicos se movem ou colidem, eles criam uma ondulação na estrutura do espaço-tempo, que se espalha como uma onda na água do lago. Este fenômeno é denominado onda gravitacional.

As ondas gravitacionais estendem o espaço-tempo em uma direção e o comprimem em outra.

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Albert Einstein teoricamente previu a existência de ondas gravitacionais, como parte de sua teoria da relatividade geral, em 1916.

Einstein calculou que, ao chegar à Terra, essas ondas seriam tão fracas que nunca poderiam ser detectadas.

Em 2015, porém, foi realizada a primeira detecção de uma onda gravitacional.

As ondas gravitacionais nos permitem ter uma visão mais ampla do universo, pois não limitam as observações a objetos que emitem luz ou partículas, mas nos permitem detectar objetos a partir das perturbações que geram no espaço-tempo.

Diversidade

Este novo catálogo de ondas gravitacionais é a chave para entender a natureza dos buracos negros e a evolução das estrelas.

"Apenas agora estamos começando a apreciar a maravilhosa diversidade de buracos negros e estrelas de nêutrons", disse, em comunicado, Christopher Berry, astrônomo do Instituto de Pesquisa Gravitacional da Universidade de Glasgow.

As observações, por exemplo, mostraram que as ondas gravitacionais eram o resultado da fusão de raios negros que juntos alcançavam uma massa mais de cem vezes maior que a do Sol, enquanto outros não chegavam a ser 20 vezes maior.

Scott, por sua vez, argumenta que observar a massa e o giro dos buracos negros que se fundem nos permite ver como esses sistemas binários surgem.

Sensibilidade

Observatório Virgo, em formato de L, na Itália — Foto: The Virgo Collaboration (via BBC)

O registro da Ligo-Virgo-Kagra foi possibilitado pelo avanço da ciência e da tecnologia na detecção de ondas gravitacionais.

Os detectores de ondas gravitacionais funcionam com lasers de alta potência que medem com alta precisão o tempo que a luz leva para viajar entre dois braços em forma de L.

Quando uma onda gravitacional atinge a Terra, ela comprime o espaço-tempo em uma direção e o estica na outra, interrompendo o caminho dos lasers.

Detectores como o Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, ou Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser, em tradução livre) são capazes de detectar esses distúrbios que ocorrem em escalas subatômicas.

Desde 2015, esses instrumentos se tornaram mais sensíveis, permitindo que mais ondas sejam detectadas.

Segundo Scott, o aumento da sensibilidade dos detectores ao longo do tempo permitirá a identificação de novas fontes de ondas gravitacionais, algumas das quais inesperadas.

Uma dessas fontes poderia ser, por exemplo, a radiação gravitacional gerada pelo próprio Big Bang.

O estranho comportamento do núcleo da Terra que intriga os cientistas

 

Há 7 horas

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Terra é formada por várias camadas, como uma cebola

A milhares de quilômetros embaixo da terra, está ocorrendo um fenômeno científico que ninguém sabe explicar.

É que o núcleo interno do nosso planeta, uma massa compacta de ferro e níquel, está crescendo mais rápido de um lado que do outro.

Um estudo realizado por sismólogos da Universidade da Califórnia, em Berkeley, nos Estados Unidos, e publicado na revista científica Nature Geoscience, revelou que a área do núcleo, localizada numa zona abaixo do mar de Banda, na Indonésia, é maior que a parte que se encontra no outro extremo, debaixo do Brasil.

Por meio de simulações de computador, os especialistas criaram uma espécie de mapa que mostra o crescimento do núcleo da Terra durante os últimos 1 bilhão de anos

E chegaram à conclusão que ele se comportou num "padrão desequilibrado", com novos "cristais de ferro" que se formam mais rapidamente do seu lado asiático.

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"O lado oeste tem aparência diferente do lado leste até o centro, não só na parte superior do núcleo interno, como alguns sugeriram. A única maneira de explicar isso é que um lado esteja crescendo mais rápido que o outro", disse Daniel Frost, um dos cientistas que participaram da pesquisa, em um comunicado.

De acordo com os especialistas, esse fenômeno tem implicações para o campo magnético da Terra (que nos protege das partículas perigosas do Sol).

Isso porque o campo magnético é formado pela convecção no núcleo externo, impulsionada pela liberação de calor do núcleo interno.

As evidências

O interior da Terra é formado por camadas parecidas com as de uma cebola. A última delas (a mais profunda) é o núcleo interno sólido de ferro e níquel, que tem um raio de 1.200 km, aproximadamente três quartos do tamanho da Lua.

Ele é rodeado por um núcleo externo fluido de ferro fundido e níquel, de aproximadamente 2,4 mil km de espessura. O núcleo externo, por sua vez, é circundado por um manto de rocha quente com 2,9 mil km de espessura e coberto por uma fina crosta rochosa fria na superfície.

Por meio do estudo de ondas sísmicas, os especialistas analisam como se comportam essas camadas, mas faz anos que têm notado que as ondas não se distribuem na mesma direção quando viajam entre os polos e na zona equatorial.

Essa suposição foi a base para a compreensão de que poderia haver uma certa diferença no núcleo da Terra, responsável por esse fenômeno.

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Ondas sísmicas ajudam a entender composição do núcleo da Terra

"O movimento do ferro líquido no núcleo externo retira o calor do núcleo interno, fazendo com que ele congele", disse Frost na revista científica Live Science.

"Isso significa que o núcleo externo tem recebido mais calor do lado leste (sob a Indonésia) do que do oeste (sob o Brasil)", acrescentou.

Segundo o cientista, a melhor forma de visualizar o que está acontecendo a milhares de quilômetros de profundidade é imaginar um corte do tronco da árvore formado por anéis de crescimento que partem de um ponto central.

O centro dos anéis, neste caso, seria deslocado do centro da árvore, de modo que os círculos fiquem mais espaçados no lado leste da árvore e mais próximos no lado oeste.

No entanto, este crescimento mais rápido sob o Mar da Indonésia não deixou o núcleo desequilibrado, explicam os cientistas.

A gravidade distribui o novo crescimento uniformemente, mantendo o núcleo interno esférico e expandindo seu raio em média um milímetro por ano.

A idade do núcleo

As simulações por computador permitiram também aos sismólogos estabelecer uma data mais precisa para a formação do núcleo terrestre.

E sabe-se que o núcleo se formou quando a Terra já havia se organizado, aparentemente a partir da concentração de metais como ferro e níquel.

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Núcleo da Terra é uma 'cápsula do tempo'

"Determinamos limites bastante flexíveis para a idade do núcleo interno, entre 500 e 1,5 bilhão de anos, o que pode ajudar no debate sobre como o campo magnético foi gerado antes que o núcleo interno sólido existisse", disse Barbara Romanowicz, outra pesquisadora que participou do estudo.

"Sabemos que o campo magnético já existia 3 bilhões de anos atrás, então outros processos devem ter conduzido a convecção no núcleo externo naquela época", acrescentou.

De acordo com a pesquisa, a idade mais jovem do núcleo interno pode significar que, no início da história da Terra, o calor que fervia o núcleo do fluido vinha de elementos leves que se separaram do ferro, não da cristalização deste metal.

Fonte  https://www.bbc.com/portuguese/geral-57472107