Pela primeira vez, astrónomos detetaram ondas gravitacionais de baixa frequência. o anúncio foi feito em simultâneo em todo o mundo.
Esta é a primeira vez que os astrónomos conseguiram ouvir o sussurro ténue das ondas gravitacionais que ecoam pelo Universo.
Durante quase uma década, os cientistas têm estado à procura do fundo das ondas gravitacionais, um eco suave, mas persistente, de ondas gravitacionais que se acredita terem sido geradas por eventos ocorridos logo após o Big Bang e pela fusão de buracos negros supermassivos em todo o cosmos.
Embora essa “frequência de fundo” tenha sido há muito teorizada pelos físicos e procurada pelos astrónomos, a deteção dos sinais das ondas gravitacionais que compõem esse fundo tem sido um desafio devido à sua fraqueza e às longas escalas de tempo em que vibram, chegando a décadas. No entanto, observações de longo prazo finalmente confirmaram a sua presença.
Descoberta mundialmente coordenada
Num anúncio altamente aguardado e coordenado a nível global, cientistas de várias equipas em todo o mundo comunicaram a descoberta do “zumbido grave” destas ondas cósmicas que atravessam a Via Láctea.
Ainda que a causa exata desse zumbido seja desconhecida para os astrónomos, o sinal detetado é considerado uma “prova irrefutável” e consistente com as expectativas teóricas de ondas gravitacionais originadas a partir de pares massivos dos “buracos negros mais maciços do Universo”.
Estes buracos negros têm uma massa equivalente a milhares de milhões de sóis, como afirmou Stephen Taylor, astrofísico de ondas gravitacionais da Universidade de Vanderbilt, no Tennessee, que co-liderou a investigação.
Outros sinais apontam para fusões de buracos negros supermassivos
Indícios semelhantes foram anunciados numa série de artigos científicos publicados por equipas da China, Índia, Europa e Austrália.
Segundo os cientistas, os sinais podem ser provenientes da fusão de buracos negros supermassivos envolvidos numa “dança cósmica”, orbitando um em torno do outro e diminuindo gradualmente a sua órbita ao longo de milhões de anos.
Durante esse processo, eles libertam energia sob a forma de ondas gravitacionais que se propagam pelo Universo – ondas que os astrónomos afirmam agora ter detetado.
A contribuição dos pulsares na deteção das ondas gravitacionais
Para detetar o fundo de ondas gravitacionais, os astrónomos estudaram estrelas de rotação rápida conhecidas como pulsares de milissegundo. Essas estrelas mortas giram até 700 vezes por segundo com uma regularidade surpreendente, emitindo feixes de luz a partir dos seus polos magnéticos. Esses feixes são vistos como “pulsos” quando são observados da Terra.
Esses “faróis cósmicos” foram fundamentais para a deteção de ondas gravitacionais provenientes de buracos negros supermassivos, que podem ser milhões ou até milhares de milhões de vezes maiores que o nosso Sol.
Em comparação, a rede de Observatórios de Ondas Gravitacionais por Interferómetro Laser (LIGO) consegue apenas detetar ondas gravitacionais provenientes de buracos negros de menor dimensão, com uma massa até 10 vezes superior à do Sol.
A interferência do espaço-tempo
A presença de gás, poeira e os movimentos dos pulsares e da Terra na Via Láctea influenciam o tempo dos impulsos emitidos pelos pulsares. Além disso, as ondas gravitacionais esticam e comprimem o tecido do espaço-tempo entre os pulsares e a Terra, distorcendo os impulsos que, de outra forma, seriam extremamente regulares. Essa distorção faz com que os flashes de luz cheguem mais cedo ou mais tarde do que o esperado, numa variação de dezenas de nanossegundos a cinco anos ou mais.
Um padrão único que revela a fonte dos sinais
A “prova crítica” de que os sinais detetados têm origem em buracos negros supermassivos é um padrão único encontrado nos tempos de chegada dos pulsos registados por uma antena cósmica do tamanho de uma galáxia, composta por quase 70 pulsares de milissegundo na Via Láctea.
Esse padrão foi identificado por um consórcio de astrónomos conhecido como Observatório Norte-Americano de Nanohertz para Ondas Gravitacionais (NANOGrav). Os sinais das ondas gravitacionais provenientes de pares de buracos negros sobrepõem-se, resultando num zumbido contínuo que se manifesta como um padrão único nos dados temporais dos pulsares, afirmam os cientistas.
Para obter esse padrão, os cientistas utilizaram vários radiotelescópios, incluindo o agora colapsado Observatório de Arecibo, em Porto Rico, o Observatório de Green Bank, na Virgínia Ocidental, o Karl G. Jansky Very Large Array, no Novo México, e o Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME), no Canadá.
Estes instrumentos recolheram dados sobre o tempo dos pulsares mensalmente ao longo de 15 anos. A partir desses dados, os cientistas conseguiram calcular a diferença entre os tempos de chegada reais dos impulsos e os tempos de chegada previstos, com uma precisão de até 1 microssegundo, equivalente à medição da distância à Lua com uma precisão de um milésimo de milímetro, afirmam os cientistas.
A confirmação da teoria de Einstein
Estes tão procurados sinais de ondas gravitacionais estavam presentes nessas diferenças, de acordo com Stephen Taylor, astrofísico de ondas gravitacionais da Universidade de Vanderbilt. Esta é a primeira vez que os cientistas encontram provas convincentes de tais padrões de inconsistência gravados por um fundo de ondas gravitacionais, cujos efeitos nos pulsos dos pulsares foram previstos pela teoria da relatividade geral de Einstein em 1916.
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