por Kat Troche da Sociedade Astronômica do Pacífico

Setembro de 2025 marca dez anos desde a primeira detecção direta de ondas gravitacionais prevista pela teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein de 1916. Essas ondulações invisíveis no espaço foram detectadas diretamente pela primeira vez pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO). Viajando à velocidade da luz (~186.000 miles por segundo), essas ondas esticam e comprimem o próprio tecido do espaço, alterando a distância entre objetos à medida que passam.

Ondas no Espaço

Ondas gravitacionais são criadas quando objetos massivos aceleram no espaço, especialmente em eventos violentos. O LIGO detectou as primeiras ondas gravitacionais quando dois buracos negros, orbitando um ao outro, finalmente se fundiram, criando ondulações no espaço-tempo. Mas essas ondas não são exclusivas dos buracos negros. Se uma estrela explodir em supernova, ela também pode produzir o mesmo efeito. Estrelas de nêutrons também podem criar essas ondas por vários motivos. Embora essas ondas sejam invisíveis ao olho humano, esta animação do Science Visualization Studio da NASA mostra a fusão de dois buracos negros e as ondas que eles geram no processo.

Como Funciona

Um observatório de ondas gravitacionais, como o LIGO, é construído com dois túneis, cada um com aproximadamente 2,5 milhas de comprimento, dispostos em forma de “L”. Na extremidade de cada túnel, um espelho altamente polido de 40 kg (cerca de 16 polegadas de diâmetro) é montado; ele reflete o feixe de laser que é enviado pelo observatório. Um feixe de laser é enviado a partir da sala do observatório e dividido em dois, com partes iguais viajando por cada túnel, quicando nos espelhos na extremidade. Quando os feixes retornam, eles são recombinados. Se os comprimentos dos braços forem perfeitamente iguais, as ondas de luz se cancelam de uma forma exata, produzindo escuridão no detector. Mas se uma onda gravitacional passa, ela estica ligeiramente um braço enquanto comprime o outro, de modo que os feixes de retorno já não se cancelam perfeitamente, criando um lampejo de luz que revela a presença da onda.

A detecção real acontece no ponto de recombinação, quando mesmo um minúsculo alongamento de um braço e compressão do outro altera o tempo que os feixes de laser levam para retornar. Essa diferença produz um deslocamento mensurável no padrão de interferência. Para ter certeza de que o sinal é real e não ruído local, ambos os observatórios do LIGO — um no estado de Washington (LIGO Hanford) e o outro na Louisiana (LIGO Livingston) — devem registrar o mesmo padrão em milissegundos. Quando isso ocorre, é a confirmação de uma onda gravitacional passando pela Terra. Não sentimos essas ondas enquanto elas atravessam nosso planeta, mas agora temos um método para detectá-las!

Participe

Com a ajuda de dois observatórios adicionais de ondas gravitacionais, VIRGO e KAGRA, houve 300 fusões de buracos negros detectadas na última década; algumas das quais estão confirmadas, enquanto outras aguardam estudos adicionais.

Embora a pessoa média talvez não tenha um interferômetro a laser no quintal, você pode ajudar com dois projetos voltados para detectar ondas gravitacionais e os buracos negros que contribuem para elas:

• Black Hole Hunters: Usando dados do satélite TESS, você estudaria gráficos de como o brilho das estrelas muda ao longo do tempo, procurando um efeito chamado micro-lente gravitacional. Esse efeito de lente pode indicar que um objeto massivo passou na frente de uma estrela, como um buraco negro.
• Gravity Spy: Você pode ajudar os cientistas do LIGO com suas pesquisas sobre ondas gravitacionais procurando por falhas (glitches) que possam imitar ondas gravitacionais. Ao separar os imitadores, podemos treinar algoritmos a detectar o sinal real.

Você também pode usar gelatina, bolinhas magnéticas e um pequeno espelho para uma demonstração mais prática sobre como as ondas gravitacionais se movem pelo espaço-tempo com a atividade Dropping In With Gravitational Waves do JPL!