LIGO Detecta Ondas Gravitacionais

Os dois detectores da experiência Advanced LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) parecem ter observado directamente, e pela primeira vez, ondas gravitacionais. A existência destas deformações no espaço-tempo, que se propagam à velocidade da luz, era a última grande previsão da Teoria da Relatividade Geral de Einstein ainda não verificada.

A confirmar-se – em ciência é fundamental a verificação independente de cada alegada descoberta – trata-se de um momento histórico, precisamente no ano em que a Relatividade Geral completa 100 anos.

Uma frame de uma simulação de um sistema binário de buracos negros mostrando a emissão de ondas gravitacionais.
Crédito: C. Henze/NASA Ames Research Center.

A detecção abre uma janela para o estudo de um Universo, até agora largamente desconhecido, de fenómenos extremos como colisões de estrelas de neutrões, de buracos negros e o colapso gravitacional de estrelas maciças.

As perspectivas são excitantes nesta área com a entrada em funcionamento ainda este ano do Advanced VIRGO, um detector semelhante construído nos arredores de Pisa, Itália, resultado de uma colaboração entre vários países europeus. O plano é usar os três detectores como um só instrumento mais sensível e fidedigno.

Um dos detectores da experiência LIGO, em Hanford, estado de Washington. O outro detector situa-se em Livingston, estado de Louisiana.
Crédito: LIGO.

A descoberta foi anunciada numa conferência de imprensa que teve lugar às 10h30m EST (15h30m em Portugal continental) no National Press Club, em Washington. A equipa do LIGO reportou a detecção de um sinal com uma significância estatística de 5.1 sigma ou seja, os cientistas têm 99.9999% de certeza que é real. O sinal foi observado por ambos os detectores do LIGO e movia-se aparentemente à velocidade da luz.

Mais extraordinária é a origem das ondas gravitacionais.
O sinal apresentava uma forma muito característica, consistente com o padrão gerado pela colisão de dois buracos negros. A análise dos dados permitiu deduzir que os dois corpos teriam massas individuais de 36 e 29 massas solares formando um buraco negro único de 62 massas solares após a colisão. A diferença de massa – 3 massas solares ((36+29) - 62 = 3) – foi emitida sob a forma de ondas gravitacionais!

Repito: três massas solares transformadas em energia! Por um breve instante, o sistema emitiu 50 vezes mais energia do que todas as estrelas do Universo combinadas!

O sinal era tão claro que os astrónomos puderam observar o “badalar” do novo objecto enquanto dissipava energia até estabilizar num buraco negro de Kerr (rotativo). Os cientistas estimam que a colisão se deu numa galáxia a uma distância de 1.3 mil milhões de anos-luz.

A descoberta vem descrita num artigo na revista Physical Review Letters de hoje (11 de Fevereiro de 2016).

Previsão teórica do sinal característico resultante da colisão de dois buracos negros num sistema binário. O eixo dos yy mostra a amplitude das ondas gravitacionais emitidas pelo sistema. Da esquerda para a direita, os buracos negros orbitam-se mutuamente numa espiral cada vez mais apertada até que colidem e formam um único objecto que continua a emitir ondas gravitacionais até estabilizar.
Crédito: Thomas W. Baumgarte & Stuart L. Shapiro / Physics Today.

A imagem seguinte mostra os sinais observados no dia 14 de Setembro de 2015 pelos dois detectores do LIGO. Cada um dos dois primeiros gráficos mostra o sinal observado por um detector (linha espessa) e o previsto pela teoria para a colisão de dois buracos negros (linha fina). O último gráfico mostra os sinais observados pelos dois instrumentos sobrepostos e ajustados no tempo para ter em conta as localizações diferentes dos detectores. A concordância mútua e de cada sinal com as previsões teóricas é notória.

Crédito: LIGO.

A detecção deste sinal, se for confirmada, demonstra de uma vez por todas algo frequentemente encarado como um facto em vez de uma hipótese – que os buracos negros realmente existem!

Aparentemente, a descoberta hoje anunciada será a primeira de muitas pois a equipa refere que, desde Setembro de 2015, vários outros sinais foram detectados!

Mais sobre Ondas Gravitacionais, neste artigo.

(Referência: Nature)