As ‘ondas gravitacionais‘ (‘longitudinais’ como o som) têm uma vantagem adicional…em relação às demais (‘transversais’ … como as eletromagnéticas); elas carregam informação sobre todos instantes iniciais importantes…que se seguiram ao…’Big Bang‘, muito mais remotos…do que hoje podemos medir.
Werner Benger, Zuse-Institut Berlin and Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
Em sua “teoria da relatividade”, Einstein propôs a existência de movimentos sinuosos pelo espaço-tempo – provocados pelo deslocamento de objetos. Tal como um barco imprime ondas no mar…a energia resultante do nascimento do Cosmos amarrota o tecido universal à medida que se desloca…Segundo o físico – ‘gravidade‘ é a forma como uma massa deforma o espaço. Perto de qualquer corpo massivo – o espaço fica curvado. Porém, a ondulação não se concentra junto ao objeto que a provocou … na verdade, ela se propaga pelo Universo…assim como ondas sísmicas se deslocam por toda crosta terrestre.
Diferentemente destas…porém – ondas gravitacionais são capazes de viajar pelo “vazio“ do espaço-tempo…à velocidade da luz, distorcendo o tecido do Universo. Se originam de eventos cataclísmicos: tais como fusão de buracos negros…explosões estelares…e até mesmo, o próprio “Big-Bang“…É por aí, que transita a…”relatividade geral“…de Einstein. – Apesar de muitas das previsões de sua ‘teoria da gravitação‘…já terem sido confirmadas – pela dificuldade em detetar diretamente ‘ondas gravitacionais’, por muito tempo somente algumas evidências indiretas de sua existência foram encontradas. Einstein as previu em 1916, na sua…“Relatividade geral”…enquanto Taylor, Fowler, e McCulloch relataram sua (primeira) evidência indireta…em 1979. ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Gravidade investigada com sistema de ‘pulsar binário’ (out/1993) De particular interesse tem sido a possibilidade de se verificar com grande precisão, a previsão da teoria da relatividade de que o sistema deve perder energia…emitindo… “ondas gravitacionais” – aproximadamente como um sistema de cargas elétricas em movimento emite “ondas eletromagnéticas”.
A Real Academia Sueca de Ciências atribuiu o Prêmio Nobel da Física de 1993 a R. Hulse e Joseph Taylor Jr…ambos da Universidade de Princeton/EUA pela descoberta em 1974 no radiotelescópio de Arecibo … Porto Rico, de um novo tipo de pulsar…uma espécie de farol cósmico em rápida rotação, produzido por um objeto astronômico, com massa um pouco maior que a do sol, e raio de cerca de 10 kms, cuja luz piscante se situa dentro da região das ondas de rádio, abrindo assim novos caminhos, ao estudo fundamental da ‘gravitação‘, através da “radioastronomia”.
De acordo com a ‘relatividade geral’ de Einstein, a gravidade é causada por mudanças na geometria do espaço e do tempo; ou seja… – ‘encurvamento do espaçotempo ao redor de corpos massivos’. Einstein apresentou sua teoria em 1915 – em 1919, o astrofísico Arthur Eddington anunciou que uma das previsões da teoria (a ‘deflexão’ da luz das estrelas que passam próximas à superfície solar) havia sido comprovada através de um “eclipse solar”. Esta “deflexão da luz“…juntamente com uma contribuição da ‘relatividade geral’ sobre o movimento do periélio de Mercúrio … (pequena lentidão na rotação da órbita elíptica de Mercúrio em torno ao Sol) — foi…por décadas…o único suporte para a teoria de Einstein. Por muito tempo… a “teoria da relatividade” foi considerada… – esteticamente bonita…e satisfatória – e provavelmente correta – mas de pouco significado prático à física, exceto em aplicações cosmológicas — no estudo da origem… evolução… e estrutura do Universo. A descoberta de Hulse e Taylor, em 1974, do 1º pulsar binário; batizado: PSR 1913 + 16 [PSR significa pulsar – e (1913 + 16) especifica sua posição no céu], ‘revolucionou’ a área. Tratando-se de 2 ‘corpos astronômicos’ pequenos – cada um com raio aproximado de 10 kms – entretanto, com massas comparáveis ao Sol – e muito próximos entre si (algumas vezes a distância terra/lua); são consideráveis os desvios da física tradicional de Newton.
Como exemplo, podemos mencionar que a…“variação do periastro“, ou seja…a rotação da órbita elítica que o pulsar executa no sistema – conforme a 1ª lei de Kepler (do começo do século XVII) … equivale a 4 graus por ano. – O correspondente “desvio relativístico” mais expressivo no nosso sistema solar…o mencionado movimento do periélio de mercúrio, representa 43 segundos de arco por século. – A grande diferença entre desvios é em parte, devido à velocidade orbital do pulsar binário, quase 5 vezes maior do que a de Mercúrio; e em parte…devido à realização de cerca de 250 vezes mais órbitas por ano do pulsar. Como consequência, o “tempo orbital” do pulsar binário é menor que 8 horas. — Sabendo que quanto mais o pulsar se aproxima da Terra…maior a frequência do seu pulso…e portanto, ao se afastar – sua frequência diminui – das variações no “período pulsante”… deduzimos sua… – “velocidade orbital”… – além de outras características importantes do sistema.
Uma propriedade muito importante do novo pulsar é que seu período…o tempo entre 2 feixes de luz (0,05903 segundos), ao contrário da maioria dos outros pulsares, tem sido extremamente estável. O período pulsante aumenta menos de 5%…durante 1 milhão de anos. Isto significa que o pulsar pode ser utilizado como um relógio de grande precisão, comparável com os melhores relógios atômicos… Quando se estudam as características do sistema, esta é uma propriedade bastante útil… A grande estabilidade do “período pulsante” significa – de fato…uma boa medida do tempo de uma órbita do sistema de pulsares, observado da Terra. Neste caso, o período observado varia de poucas dezenas de microssegundos, e isto significa…uma quantidade muito maior do que a variação de seu valor médio, devido ao “efeito Doppler”. O que leva inevitavelmente à conclusão de que o pulsar observado se move em uma orbita periódica…tendo, portanto, companhia.
Detetando (indiretamente) ondas gravitacionais As ondas de rádio do pulsar são emitidas em 2 feixes diametralmente opostos — que varrem o espaço com a mesma velocidade de sua rotação (figura superior). A partir de um pulsar binário, as ondas gravitacionais são também emitidas (figura abaixo).
Uma observação muito importante feita durante o acompanhamento do sistema por alguns anos, foi a constatação de uma diminuição do período orbital… – os 2 corpos girando cada vez mais rápido sobre o outro, numa órbita cada vez mais estreita. Isto concordava com predições teóricas… – logo após a descoberta do pulsar…A ‘mínima alteração’… semelhante à redução do período orbital de cerca de 75 milionésimos de segundo/ano – mas que, ao longo do tempo suficiente de observação…é mensurável.
A ocorrência desta variação foi prevista, considerando que o sistema emite energia na forma de…’ondas gravitacionais‘…conforme o previsto por Einstein em 1916, para corpos massivos em movimento relativo entre si. De acordo com dados mais recentes, o valor teoricamente calculado, a partir da teoria da relatividade, difere do observado, em cerca de 0,5 %. O 1º relatório é de 1978, 4 anos após a revelação do pulsar binário.
LISA (ilustração) opera procurando flutuações no comprimento dos braços adjacentes de um triângulo equilátero cujo comprimento do lado é de 5 milhões de kms formado pelas espaçonaves localizadas nos vértices do triângulo.
Astronomia de ondas gravitacionais
A boa concordância do…’caminho orbital’ entre o valor teoricamente calculado…e o observado…pode ser deduzida como uma “prova indireta” da existência das “ondas gravitacionais“. Contudo, provavelmente, teremos que esperar… – até o século XXI, a ‘demonstração direta’ de sua existência. Não obstante … muitos projetos de longo prazo já se iniciaram … na expectativa de futuras “observações diretas“ das ondas gravitacionais … incidindo sobre a Terra.
Nesse sentido … a “Astronomia de Ondas Gravitacionais”… já figura na astronomia observacional como seu mais recente ramo (tendo a Astronomia do Neutrino como seu mais direto sucessor). (texto original) p/consulta: Deteção de Ondas Gravitacionais em Interferômetros ‘Projeto LISA’ Uma outra janela para o universo ‘LISA no espaço’ “Telescópio Einstein de Ondas Gravitacionais“ # “RCFM – Flutuações na temperatura” ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
“Ondas gravitacionais“… – representam deformações na estrutura do ‘espaçotempo’, se propagando à velocidade da luz…criadas por massas aceleradas em ‘eventos críticos’. Sugeridas entre…final do século 19, e início do 20 por cientistas como Oliver Heaviside, Hendrik Lorentz, e Henri Poincaré… foram previstas em 1916 pelas equações da ‘teoria da Relatividade Geral’ – de Albert Einstein.
A distorção da estrutura espaçotempo pela presença de um corpo de grande massa, prevista na Teoria da Relatividade Geral, foi confirmada em 29 de maio de 1919 no eclipse total do Sol observado por uma equipe internacional em…Sobral/Ceará. No entanto, evidências dessas “ondas virtuais” ainda eram indiretas. Na década de 70, cientistas observaram no radiotelescópio de Arecibo/Porto Rico, de 305 metros de diâmetro – um decréscimo da ordem de 76 microssegundos ao ano … na órbita do sistema binário PSR1913+16, formado por 1 pulsar…e outra ‘estrela de neutrons’. A variação de rotação do sistema se explicou pela emissão de ondas gravitacionais.
A observação do cosmos em ondas de rádio desenhou um novo mapa do Universo, porém, a deteção dessas…”ondas gravitacionais”…vai ser tão, ou mais importante, pois elas carregam informações impossíveis de se obter, pela observação de ondas eletromagnéticas (microondas, infravermelho, luz, raios gama, etc.)…Estas ondas de fato vão abrir uma nova janela à observação do Universo, ampliando em muito seus horizontes. Assim como fez a radioastronomia com as microondas, as ‘ondas gravitacionais’ do “Big Bang” também poderão ser captadas… – A diferença é que, enquanto as “ondas eletromagnéticas” fornecem uma ‘foto’ de quando o Universo tinha 300 mil anos (CMB), as ondas gravitacionais em microondas darão a “foto” do universo, no tempo exato de sua “criação”. Algo para ir pro “álbum da ciência”.
(texto base, jan/2001) consulta…Detetores de Ondas Gravitacionais (fev/2013) ***************************************************************************
Prova indireta da existência de ondas gravitacionais (set/2006) “O pulsar maior está mais perto do ‘centro de massa’ que o menor…e isso nos permite calcular a razão entre as massas. Essa razão é independente da teoria usada para explicar a gravidade, e assim portanto, define limites para testar a precisão da RG – ou, qualquer teoria alternativa”. (Ingrid Stairs … co-autora)
Astrônomos usaram um par de pulsares, PSR J0737-3039 A e B, em órbita um do outro … para mostrar que a Relatividade Geral de Einstein está correta, dentro de uma margem de erro de 0,05%…o limite mais estrito para ‘campos gravitacionais extremos’, até hoje. – O pulsar duplo de rádio, conhecido desde 2003 se compõe de 2 estrelas de neutrons…e se encontra a 2 mil anos-luz de distância, na direção da constelação Puppis (Popa)…Cada uma pesa mais que o Sol – com diâmetro de cerca de 20 km. – Completam uma órbita entre si – a 1 milhão de kms/hora – em 2,4 horas.
As 2 estrelas emitem ondas de rádio, detetadas como…”pulsos“, cada vez que o raio aponta na direção da Terra. Ao medir com precisão as variações no tempo que os pulsos levam para chegar… comprovou-se que o movimento das estrelas obedece rigorosamente às previsões deduzidas a partir da “Relatividade Geral”.
Outros efeitos previstos por Einstein também foram observados – o espaçotempo ao redor do pulsar B é curvo; e o tempo passa mais devagar para o pulsar A quando ele mergulha mais profundamente no campo gravitacional do companheiro… – Cada um desses efeitos representa um teste para a Relatividade Geral. – Além disso…a distância entre os pulsares está caindo a uma taxa de 7 milímetros ao dia. A teoria gravitacional de Einstein prevê que o sistema duplo deve perder energia devido à emissão de ondas gravitacionais. (texto base) ************************************************************************************
EINSTEIN ESTAVA CERTO, DE NOVO (jul/2008) “Nós iremos assumir a completa equivalência física entre um ‘campo gravitacional’, e a correspondente aceleração de um ‘sistema de referencia’. Esta hipótese estende o ‘principio da relatividade especial‘ a sistemas de referencia uniformemente acelerados”. (Albert Einstein, sobre os fundamentos do ‘Princípio da Equivalência’)
A equipe de René Breton, do Dpto. de Física da Universidade McGill/Canadá, monitorou o pulsar duplo PSR J0737-3039A/B – de dezembro de 2003…a novembro de 2007, pelo Telescópio Green Bank, EUA. Segundo Breton: “Um pulsar binário fornece as condições ideais para testar conceitos básicos da ‘Relatividade Geral’, pois quanto maiores e mais próximas se encontrarem as massas uma da outra…tanto maior os efeitos relativísticos.” – E, de fato, com base em seu “Princípio da Equivalência”, Einstein previu que…em um campo gravitacional tão forte – o eixo de rotação mudaria lentamente de direção – à medida que o pulsar orbita seu par. – Victoria Kaspi … co-autora do trabalho, assim explica: “Imagine um pião no momento em que gira levemente…numa posição não vertical – com o eixo de rotação aos poucos mudando de direção. Com efeito, este fenômeno trata-se do conhecido movimento de precessão“.
Os cientistas descobriram então…que um dos pulsares, realmente, está em movimento de precessão, como previsto por Einstein em 1915. (texto base) *********************************************************************
“Fundo cósmico de ondas gravitacionais” Uma das características mais interessantes das ‘ondas gravitacionais‘ é a sua limitada capacidade de interagir com matéria no caminho. Assim, as que foram produzidas nos momentos iniciais do universo, viajaram até nós…mantendo a marca característica do processo que lhes deu origem (exceto o ‘desvio para o vermelho’ da expansão cósmica).
Ondas gravitacionais existem em 2 estados de polarização normalmente designados por (h+) e (hx). A polarização fornece, entre outras coisas, informação sobre a inclinação do plano orbital de um sistema binário em relação ao observador. Quando a linha de observação é paralela ao plano orbital do sistema, cada uma das componentes aparenta mover-se numa linha reta, e neste caso pode-se mostrar que a polarização das ondas gravitacionais emitidas será linear. Mas, se a linha de observação for normal ao plano orbital, o movimento das estrelas será circular, bem como a polarização observada. Entre estes 2 casos limite há uma gama de valores possíveis à inclinação do plano orbital, que poderia ser deduzida da polarização do sinal observado. (FONTE)
Ao falarmos de ‘ondas gravitacionais’, associamos a sua produção a eventos astrofísicos de grande violência, que envolvem objetos densos ao extremo (buracos negros, pulsars) localizados no ‘espaçotempo’. – Existe, no entanto, outra fonte de ‘ondas gravitacionais’ cujos atributos… diferem totalmente. Conforme o ‘modelo cosmológico padrão‘, o início cósmico foi o evento mais intenso já ocorrido, entretanto as ondas gravitacionais produzidas no ‘Big Bang’ não se acham localizadas, formando um fundo de radiação gravitacional que permeia todo Universo – de forma similar à “radiação de fundo cósmico em microondas” (‘CMB‘), ou a um possível “fundo cósmico de neutrinos“. Em fins dos anos 30…do Séc. XX, Erwin Schrödinger, um dos fundadores da mecânica quântica, percebeu que num Universo em expansão, há uma produção não desprezável de partículas…em função de uma “aceleração da expansão“. – Este resultado deixou-o tão chocado – que no artigo onde a sua descoberta foi relatada…o próprio Schrödinger usa a expressão…“fenômeno alarmante“…para descrever este resultado — e decide abandonar todos os modelos onde esta produção acontecia…por considerá-la ‘absurda’.
Mas, afinal… o que isto tem a ver com a produção de ondas gravitacionais?… — A resposta é simples — da mesma maneira que um fóton (a partícula mediadora da interação eletromagnética) pode ser associado, pela dualidade onda-partícula da mecânica quântica a uma onda eletromagnética – podemos postular a existência de uma partícula elementar mediadora da interação gravitacional, o Gráviton, e fazendo uso da dualidade onda partícula… associá-lo a uma ‘onda gravitacional’.
“Flutuações gravitacionais” O gráviton – tal como o fóton… não tem massa, move-se à velocidade da luz, e tem spin 2. A principio, isto poderia dar origem a 5 estados de spin… — mas… devido às ‘simetrias da teoria’…só 2 deles independentes — daí…2 estados de polarização p/ondas gravitacionais.
Como… de acordo com as ideias Schrödinger — um Universo em… “expansão acelerada” produz…“ondas gravitacionais”…é a… ‘aceleração da expansão‘ — a responsável direta – pela produção de partículas – ao longo do…“Big Bang”. — Esta observação, com efeito – seria de importância crucial, no contexto da…’cosmologia inflacionária‘. Contudo…apenas em meados dos anos 70 fomos capazes de perceber — em grande parte devido ao trabalho seminal de Lenid Grishchuk…que não existe nada de alarmante neste fenômeno…que têm origem nas flutuações quânticas que povoam o vácuo. – Ocorre que, quando o comprimento de onda de uma destas flutuações é “esticado”… – para além do horizonte cosmológico (que em geral é da ordem de grandeza do inverso da constante de Hubble…H-1), a flutuação é “congelada“… podendo – a partir daí… – ser vista como uma “onda gravitacional“…amplificada pela expansão do universo. – Uma das imagens mais intuitivas para este processo foi desenvolvida por Grishchuk…e baseia-se na semelhança entre as equações que descrevem a amplificação das ondas gravitacionais, e as equações que descrevem o ‘efeito tunelamento‘ de uma partícula em uma barreira de potencial V=ä/a, onde a é o ‘fator de escala do universo’ e ä indica a segunda derivada.
Tal como Schrödinger tinha percebido, o importante neste caso é a aceleração da expansão (ä)…e não a velocidade da expansão… – Como ilustra a figura abaixo… enquanto a onda se encontra debaixo da barreira de potencial a sua amplitude é constante…sendo amplificada quando comparada com um onda cuja amplitude é amortecida, enquanto dura a expansão.
A amplificação de ondas gravitacionais induzida pela aceleração do Universo. “k” é o número de onda, e “a” o fator de escala do Universo. Crédito: Luís Mendes.
O resultado final, em geral…é uma ‘sobreposição incoerente’ de ondas gravitacionais – que resultam num fundo que se assemelha em grande parte…a “ruído”. Embora a origem quântica deste ‘fundo cosmológico’ introduza sutis correlações – entre as diversas ondas…não é certo que tais fenômenos sejam ‘detectáveis’. A possibilidade mais viável…dessa situação ocorrer … se dá — por um efeito na ‘polarização’ da “radiação cósmica de fundo”, ou talvez se um “detector de ondas gravitacionais“ adquira … sensibilidade — para tal.
Uma janela sobre os instantes iniciais do Universo Uma vez que o ‘fundo de ondas gravitacionais’ está desde muito cedo desacoplado da matéria, qualquer processo que com ele tenha se correlacionado durante a evolução do Universo, deixará uma marca…que se manterá inalterada (…à exceção do desvio de redshift das ondas gravitacionais pela “expansão do Universo”)… — até os dias de hoje.
Admitindo que este fundo de ondas gravitacionais é real, devido à sua fraca capacidade de interagir…as ‘ondas gravitacionais’ desacoplaram da matéria em frações de segundo, após o ‘Big Bang’. – Por isso, da mesma forma que os mapas da “radiação cósmica de fundo em microondas” (RCFM) produzidos pelos satélites COBE e WMAP…nos mostram a imagem do Universo no instante em que ‘radiação’ e ‘matéria’, deixaram efetivamente de interagir (quando a idade do Universo era, aproximadamente, 380 mil anos)…um mapa do “fundo cosmológico de ondas gravitacionais” (FCOG) seria, basicamente, uma ‘imagem cósmica’, imediatamente após o Big Bang!… – Medindo as características espectrais desse “fundo cosmológico gravitacional” vemos a história do universo desenrolar-se diante de nós.
As figuras abaixo ilustram este ponto. O primeiro fato que se torna claro ao observá-las…é a extensão da gama de frequências produzidas: 30 ordens de grandeza! Para ter uma ideia do significado dessa extensão…basta notar que as frequências usadas em astronomia hoje, estendem-se desde o domínio das ondas rádio (f~106 Hz)…até aos raios gama (f~1020 Hz), ou seja “apenas” 14 ordens de grandeza!… Levando em conta a variedade das descobertas feitas nesta banda ‘tão limitada‘ de frequências durante os últimos 100 anos é impossível prever o que a… “astronomia de ondas gravitacionais“… será capaz de nos oferecer.
Densidade espectral de ondas gravitacionais no modelo inflacionário padrão, e de inflação térmica. [Mendes & Liddle]
Os 2 modelos produzem espectros de “ondas gravitacionais” com características distintas. De acordo com um esboço das curvas de sensibilidade do LISA e LIGO II… a deteção do fundo gravitacional dificilmente acontecerá nos próximos anos. Muito embora no caso do modelo inflacionário padrão o espectro não seja particularmente interessante… – nota-se que … para frequências abaixo de 10-17 Hz, a curva sobe em relação ao patamar observado em altas frequências, sendo parte do espectro que, eventualmente, pode deixar registrada sua própria marca na polarização da “radiação cósmica de fundo em microondas“.
Apesar da polarização da radiação cósmica de fundo produzida pelo fundo cósmico de ondas gravitacionais ser extremamente difícil de detetar (e…de fato, não foi até hoje)…as barreiras são bem mais acessíveis de se transpor, do que na deteção direta do…”fundo cosmológico de ondas gravitacionais”.
A densidade espectral de ondas gravitacionais numa variante do modelo de pré Big Bang. Crédito: Mendes & Liddle PRD
A figura ao lado mostra os resultados obtidos para uma variante de modelo ainda antes da ‘singularidade‘… onde o espectro de…”ondas gravitacionais” tem um aspecto bem mais promissor do que no caso do tipo ‘inflacionário’. Sendo assim, sua deteção a princípio, seria possível com o ‘LISA‘ – e talvez, até mesmo…inclusive com o…‘LIGO‘. Mesmo com toda a dificuldade…para unir, de modo contínuo…a ‘evolução’ do Universo – antes e depois do “Big Bang”, modelos deste tipo ilustram a grande variedade, a partir do mesmo “fundo de ondas gravitacionais“.
Mas isso não é tudo. Mesmo pequena, a contribuição do ‘fundo cosmológico gravitacional’ à energia total do universo não é desprezível. – Num modelo com ondas cosmológicas em excesso… a “nucleossíntese” (formação de elementos leves no universo ocorrida alguns minutos pós Big Bang) produziria ‘Hélio’ em quantidade diversa do que hoje observamos. Vemos assim que algo que começou como um “fenômeno alarmante”, é de fato uma fonte preciosa de informação sobre a evolução cósmica. No entanto, o grande trunfo das ondas gravitacionais é também seu ponto fraco; sua predisposição de não interagir com matéria, que lhe permitiu atravessar o universo…transportando sua mensagem inalterada – desde o início dos tempos…significa também que sua interação com um detetor será um evento extremamente improvável (mas, não impossível!…) E…muito embora a deteção direta de tal ‘fundo cosmológico de ondas gravitacionais‘ ainda não esteja ao nosso alcance, as dificuldades que se colocam no presente…são essencialmente técnicas – não existindo qualquer razão física que nos impossibilite “absolutamente“ o seu registro micrométrico.
Embora seja um problema diferente … podemos comparar esta situação com o que se passou com a medição das anisotropias do fundo cósmico de microondas pelo satélite ‘COBE’… Por várias décadas, a deteção de anisotropias na temperatura parecia estar fora do alcance de qualquer estimativa mais realista…até que o sonda espacial COBE lançada em 1989… — conseguiu realizar aquilo que parecia impossível!… (texto base) *********************************************************************************
Fundo cósmico de ondas gravitacionais x Fundo cósmico de microondas No Modelo Padrão da Cosmologia, o Universo, em seus primórdios, passou por uma incrível expansão. Esta “fase inflacionária”, após 1 trilionésimo de segundo, realizou extraordinária conversão de energia em ‘matéria quente’ e ‘radiação’. Este “processo de reaquecimento“…resultou numa “inundação cósmica” de…”ondas gravitacionais”.
Comparando este ‘Fundo Cósmico de Ondas Gravitacionais‘ (FCOG), com o Fundo Cósmico de Microondas (CMB) – o primeiro data de 1 trilionésimo de segundo; já o CMB foi estabelecido…cerca de 380 mil anos mais tarde…quando os 1ºs ‘átomos’ se formaram, numa única avalanche de fótons equilibrados com o ‘meio gasoso’, antes das frequências caírem, devido à… “expansão cósmica” – resultando no ‘Cosmic Microwave Background’. Como “ondas ultravioleta“ — foram subitamente liberadas para viajar através do espaço, sendo, atualmente… observadas na temperatura uniforme de 2,7ºK… – O mapa geral em microondas no céu também mostra marcas da inomogeneidade da matéria … que já existia desde então. Mas, o que seria o FCOG?…Ele se origina de 3 processos produtivos, em funcionamento durante a ‘Era Inflacionária’: 1) ondas originárias da expansão inicial do próprio universo; 2) ondas provenientes da colisão de ‘bolhas’ de matéria requentada, pós inflação… 3) ondas resultantes da ‘turbulência fluida’ das “fontes primordiais” de matéria e radiação… – antes de se chegar ao equilíbrio entre elas (‘Era da Termalização’).
É de se notar que ondas gravitacionais nunca entrariam em equilíbrio com a matéria…pois, pela natureza da gravidade, não haveria tempo suficiente para uma “homogeneização” adequada… — Como consequência… para um observador externo…o “FCOG” não exibirá uma única temperatura média.
LISA – A Antena Espacial de Interferômetro a Laser deteta diretamente ondas gravitacionais pelas leves perturbações do espaço (NASA/ESA)
Juan Garcia-Bellido, e Daniel Figueroa, pesquisadores da “Universidade de Madrid” explicam em novo trabalho como poderiam ser detetados e diferenciados…esses típicos processos, por modernos instrumentos tais como o ‘LISA’ – projetado para “ver” ondas gravitacionais. A princípio, o FCOG estaria desviado para o vermelho, tal como o CMB. Contudo, devido à sua origem anterior… tal desvio seria ainda mais acentuado…energia e…frequência de ondas, estariam defasadas da ordem de 24 magnitudes. Além disso, as ondas do fundo gravitacional, originário do reaquecimento após a inflação… teriam um espectro muito mais largo … do que “fontes pontuais” – como, p. ex…2 BNs em colisão.
O FCOG, ao contrário de fontes pontuais com “sinal espectral” bem definido, teria uma banda espectral centrada em torno de 1 Hz…até um limite de 1 GHz; conforme a escala inflacionária então aplicada.
Garcia-Bellido sugere que…se tal detetor pudesse desemaranhar os sinais do ‘FCOG‘, em relação ao “inflacionário”, poderia explorar algumas questões fundamentais – tais como assimetria matéria/antimatéria; produção de defeitos topológicos…tipo ‘cordas cósmicas’; campos magnéticos primordiais; e até mesmo ‘matéria escura’. (texto base) ********************************************************************************
Sonda espacial parte em busca do “eco” das ondas gravitacionais (dez/2015) ‘Ondas gravitacionais’ geradas por um par de ‘buracos negros’ esticaria uma régua de 1 milhão de quilômetros…em um comprimento menor…do que o tamanho de um átomo.
A sonda espacial “LISA Pathfinder”…da Agência Espacial Europeia (ESA), foi finalmente lançada ao espaço, a bordo de um foguete Vega – partindo de Kourou (Guiana Francesa). O objetivo da missão é detetar “ondas gravitacionais” – cujas flutuações no espaçotempo, de acordo com a teoria, seriam geradas por objetos de grande massa…em alta velocidade. A maior dificuldade de observar essas ondas — é que se tamanho — é “pequeno demais”!.
Esquema do detetor de ondas gravitacionais da sonda LISA Pathfinder [ESA/ATG Medialab]
Um complexo sistema de lasers – entre os 2 cubos começará então a avaliar o quão perto eles estão da verdadeira ‘queda livre‘ … com uma precisão, de bilionésimos de milímetro.
(Calcula-se que as ondas gravitacionais tenham dimensões da ordem de alguns “milionésimos de milímetro” … — para distâncias de milhões de quilômetros.)
A “própria nave”… será uma parte ativa do experimento… – ao disparar… minúsculos motores – cerca de…10 vezes por segundo, para ajustar sua posição e evitar entrar em contato com os ‘cubos’ – protegendo-os de qualquer força… que pudesse evitar que se movam… sob exclusiva ‘ação da gravidade’.
Estas ‘medições’ serão complementares às realizadas por diversos observatórios em terra…uma vez que as experiências no espaço, e em terra são sensíveis a diferentes fontes de ondas gravitacionais.
Na tentativa de observar ‘ondas gravitacionais’ a partir do espaço — a missão irá testar a tecnologia mais precisa já construída. – No ‘foco’ do experimento se encontra um par de cubos de platina e ouro, idênticos, medindo 46 milímetros, e separados um do outro por 38 centímetros. Dentro da sonda, estão isolados de todas as forças – externas e internas, que poderiam atuar sobre eles, exceto…a “gravidade”. – Durante a missão, estes 2 cubos irão sofrer uma “queda livre” no espaço; tendo suas posições relativas monitoradas com precisão inédita, estabelecendo as bases para a observação das… “ondas gravitacionais”.
“Depois de muitos anos de desenvolvimento e teste em terra, estamos ansiosos pelo teste derradeiro, que só pode ser feito no espaço. – Em apenas algumas semanas…estaremos explorando a própria natureza da gravidade no espaço… – o que nos permitirá ganhar confiança para construir um observatório espacial de grande escala a fim de estudar o universo gravitacional, no futuro”, como explicou Paul McNamara, gerente do projeto.
Pontos de Lagrange por distribuições gravitacionais. No sistema Sol-Terra, a massa maior representa o Sol, e a menor a Terra. (Representações fora de escala)
Pontos de Lagrange
Ao longo das 2 semanas seguintes, a nave irá elevar-se através de 6 queimas de seus motores… – para finalmente… atingir sua “posição operacional” … em órbita de um ‘ponto virtual’ estável no espaço chamado L1 – Ponto de Lagrange 1 … a cerca de 1,5 milhão de kms daqui (aproximadamente, um centésimo da distância – Terra… Sol).
A expectativa é que a “LISA Pathfinder“ atinja sua órbita operacional cerca de 10 semanas após o lançamento em meados de fevereiro/2016…Após as verificações finais — começará sua missão científica, com a duração de 6 meses. (texto base) *************************************
Confirmada a deteção de ondas gravitacionais (set/2015) A última grande previsão de Albert Einstein sobre o universo acaba de ser confirmada, um século após ser proposta…”ondas gravitacionais existem”, e uma experiência nos EUA (interferômetro LIGO) as detetou pela 1ª vez.
Segundo a “Relatividade Geral“, há objetos que transformam parte de sua massa em energia, e a emitem em forma de ondas…viajando à velocidade da luz, deformando o espaço e o tempo à sua passagem… A origem dessas ondas gravitacionais (passíveis de deteção) é a fusão de 2 buracos negros, do tipo supermassivo, um dos eventos mais violentos, depois do Big Bang.
Einstein as previu em 1916, mas também advertiu que se realmente existirem fusões desse tipo, elas acontecem em lugares tão longínquos, que suas vibrações seriam indetetáveis na Terra. – Confirmar sua teoria, abre a possibilidade de usar estas ondas gravitacionais para estudar o universo de uma forma totalmente nova. – Isso porque elas permitirão entender como se formam buracos negros, quantos existem, e também conhecer com mais detalhes, o ciclo vital das estrelas, e do universo. Além disso, tais sinais cósmicos mostrarão se esses fenômenos ocorrem conforme à “Relatividade”…ou se precisamos buscar outra explicação.
Até agora, toda informação que temos do cosmo (5%) é pela luz em seus diferentes comprimentos de onda (visível, infravermelha, ondas de rádio, raios-X…)…”Ondas gravitacionais” nos dão mais um ‘sentido’ … capaz de dizer o que está acontecendo, onde não enxergávamos nada. – A intensidade e frequência das ondas nos permite reconstruir o que aconteceu na origem… – a causa do fenômeno – as propriedades dos corpos, e também permite saber se a ‘Teoria da Relatividade Geral’ permanece válida…nas escalas de pressão e gravidade mais intensa que podem ser concebidas. Isso porque, explosões estelares de supernovas, fusões de pares de pulsares, e BNs produzem ondas gravitacionais com mais energia do que se possa imaginar… Mas, esses fenômenos não são muito frequentes – e acontecem… muito distantes daqui. Quando suas ondas chegam até nossa vizinhança – são tão fracas… que detetá-las representa um dos maiores ‘desafios tecnológicos’…enfrentados pela humanidade.
Os objetos que produzem ondas gravitacionais estão a milhões de anos-luz; tão longe da Terra, que chegam aqui como ínfimas ondulações do espaço e tempo…Para captá-las foi preciso construir um enorme instrumento ótico de precisão, desenvolvido nos institutos tecnológicos da Califórnia (Caltech) e Massachusetts (MIT) e pela Colaboração “LIGO”, com uma participação aproximada de 1.000 cientistas…de 15 países — inclusive o Brasil.
A instalação consta de 2 detetores a laser … em formato de L. – Cada braço tem 4 kms, sendo que todo o conjunto é formado por 2 detetores idênticos; 3 mil kms um do outro; um está em “Livingston”… na Louisiana – e outro situado em “Hanford”… Washington. Eles são necessários para evitar “falsos positivos” causados por qualquer vibração local, como terremotos, tráfego ou flutuações do próprio laser. Diferentemente desses fatores, uma onda gravitacional causa uma perturbação exatamente igual, num ou noutro lugar. Estes detetores desde 2002 estão procurando ondas gravitacionais … e em setembro de 2015, começou a funcionar o ‘LIGO Avançado’, uma versão aprimorada do detetor, que multiplica por 10 a sensibilidade dos “braços de laser” – e, portanto…a distância à qual podem captar “ondas gravitacionais”. — Atualmente… é possível detetar alterações nos braços de laser equivalentes a 1/10 de milésimo do diâmetro do núcleo atômico, sendo essa a medição mais precisa já obtida por uma ferramenta científica…segundo o ‘LIGO’.
O que se observou?…Sua natureza…Sua origem “Exceto pelo Big Bang…as fusões de buracos negros são os eventos mais luminosos do universo”. (Sascha Husa)
Desde 1978, só havia provas indiretas de “ondas gravitacionais“…quando Rusell Hulse e Joseph Taylor demonstraram que um ‘pulsar binário’ (2 estrelas orbitando juntas, sendo uma delas, pulsar) estavam levemente alterando sua órbita … pela emissão energética de ondas gravitacionais – numa quantidade idêntica à prevista pela “Relatividade“. Os dois cientistas receberam o Nobel de Física em 1993 por esse trabalho…E posteriormente, em 2003, foi confirmado o mesmo fenômeno com outra dupla estelar – no caso… 2 pulsares.
Agora, o Observatório da Interferometria a Laser de Ondas Gravitacionais (LIGO) acaba de anunciar – pela 1ª vez…a deteção direta de ondas produzidas no choque de 2 buracos negros – confirmando a teoria de Einstein. O primeiro sinal foi captado em 14/09/2015, simultaneamente, pelos 2 (idênticos) aparelhos detetores do experimento…provindo de uma violenta fusão – ocorrida a cerca de 1,3 bilhão de anos – entre 2 BNs…com massas variando de 29 a 36 vezes a massa do Sol. – Numa fração de segundo…uma quantidade equivalente ao triplo do Sol foi liberada na forma de ondas gravitacionais, dentro de um processo perfeitamente descrito em termos da equação mais famosa do mundo: E=mc2
Nas palavras de Alicia Sintes, física da Universidade das Ilhas Baleares e líder do grupo espanhol envolvido na experiência “nossos ouvidos agora começam a escutar a sinfonia do universo”, pois a frequência dessas ondas gravitacionais ao coincidir com as do som, podem ser traduzidas, para assim então escutarmos objetos que antes eram totalmente invisíveis…especialmente buracos negros. A equipe realizou simulações…reproduzindo, segundo a Lei da Relatividade, todos os fenômenos que estas ondas poderiam produzir: duplas de estrelas de neutrons…“supernovas“…buracos negros. Tais simulações foram comparadas com a frequência do sinal real captado no LIGO, e assim foi possível saber o que exatamente aconteceu: qual é a fonte das ondas, a que distância se encontra, etc.
A busca por ‘ondas gravitacionais’ está apenas começando. Com a configuração atual, o LIGO pode enxergar a uma distância de aproximadamente um bilhão de anos-luz da Terra, mas sua equipe já prepara novos ‘incrementos tecnológicos‘ para aumentar sua sensibilidade… – Além disso…no segundo semestre deste ano (2015)…deve entrar em funcionamento uma versão aprimorada do detetor europeu VIRGO, sendo que a ‘ESA’ (Agência Espacial Européia) recentemente lançou a missão “LISA Pathfinder“, com o objetivo de viabilizar um futuro observatório espacial para fenômenos desse tipo…E o LIGO por sua vez, atingirá sua potência máxima em 2020. (texto base 1) (texto base 2) ********************************************************************************
A colisão de 2 buracos negros distorceu o espaçotempo, e foi aqui detetada Estudos anteriores confirmaram a existência de “ondas gravitacionais” geradas pela aceleração (ou desaceleração) de objetos maciços…através de métodos indiretos. – A descoberta do observatório ‘LIGO‘… – foi a primeira deteção direta desse fenômeno.
As ‘ondas gravitacionais’ – ondulações cósmicas que distorcem o espaço-tempo, foram diretamente detectadas pela 1ª vez na história!… Em anúncio feito no dia 11/02/2016, pesquisadores do “Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory“…(‘LIGO‘) relataram a deteção de “ondas gravitacionais”… O sinal captado veio da colisão de dois buracos negros, e foi detetado no dia 14/09/2015 por detetores gêmeos na Louisiana e em Washington, EUA. Esta colisão cósmica enviou ondas gravitacionais viajando à velocidade da luz, causando ondulações no tecido do espaçotempo… – similar à forma como uma pedra perturba a água de uma lagoa, quando nela arremessada. – A colisão entre BNs com 29 e 36 massas solares ocorreu há 1,3 bilhões de anos. No evento cerca de 3 massas solares se converteram em ondas gravitacionais…em menos de 1 segundo.
A deteção das ondas gravitacionais é um marco na astronomia e astrofísica. Ao contrário de ondas de luz…ondas gravitacionais não ficam distorcidas, ou alteradas por interações com a matéria, enquanto se propagam pelo espaço. — Elas carregam a “informação pura” sobre objetos e eventos que os criaram… E, como disseram os membros da equipe LIGO: “Com esta forma completamente nova de examinar objetos e fenômenos astrofísicos, as ondas gravitacionais abrirão uma nova janela sobre o universo – fornecendo vislumbres de maravilhas inéditas, e invisíveis … aumentando incrivelmente nossa compreensão de sua natureza — incluindo noções do espaço…e do tempo em si”. (texto base — fev/2016) ********************************************************************************
Fusão de buracos negros gerando “ondas gravitacionais” (jul/2020) Tal é o cenário proposto por um artigo publicada em 25 de junho na “Physical Review Letters“ quanto à detecção de ‘ondas gravitacionais’ supostamente originárias de uma colisão de 2 buracos negros em 21 de maio de 2019. O detalhe ainda mais interessante é que nas semanas seguintes, um estranho feixe de luz surgiu na mesma região do céu.
Ilustração representando dois pequenos buracos negros coalescendo no interior de um disco de gás e poeira, situado ao redor de um buraco negro supermassivo. Crédito: Caltech e R. Hurt (IPAC)
Mais de 4 bilhões de anos atrás, um par de buracos negros se engajou em uma “dança dramática”. – Enquanto circulavam “gás e poeira ao redor” … giravam, cada vez mais próximos… — orbitando um ‘buraco negro supermassivo’. — E então… os dois BNs se fundiram – gerando daí … uma colisão tão poderosa…que afetou o próprio… “espaço”. Como resultado das ‘ondas gravitacionais‘ geradas nesse ‘processo’ — que mais tarde chegaram à Terra — a fusão aqueceu o gás ao redor, reduzindo sua ‘massa original’, e gerando um…‘feixe de luz‘ — por semanas.
Há muito os cientistas debatem se uma fusão binária de buracos negros poderia gerar algum feixe de radiação…além das ondas gravitacionais. A maioria dos pesquisadores concorda que uma colisão dessas, no vácuo, não pode produzir luz…Mas num ‘núcleo galático ativo’, a gravidade dos BN supermassivos atrai o gás e poeira, para formarem um imenso ‘disco de acreção‘, que forneceria as condições perfeitas para a geração de radiação — numa maneira completamente nova de fundir buracos negros. — Com tal possibilidade em mente, os pesquisadores recorreram ao “Zwicky Transiente Facility” (ZTF). Localizado no Observatório Palomar na Califórnia, esse projeto fotografa todo céu do hemisfério Norte, a cada 3 noites, podendo assim localizar qualquer mudança abrupta na luminosidade. A equipe então vasculhou os dados do ‘ZTF’… a procura de feixes de luz emanados de ‘núcleos ativos de galáxias’, próximos a buracos negros em fusão – já detectados pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria Laser (LIGO). Na maioria dos casos, não acharam nada… Mas, logo após o evento de maio/2019, um núcleo ativo galático – na mesma região – dobrou sua luminosidade.
Os pesquisadores avaliaram todas as fontes possíveis do feixe – que poderiam elencar, e concluíram que a fonte mais provável era a fusão de buracos negros. Ainda assim…eles ressaltam não ter total certeza se sua explicação é a correta.
O LIGO detetou ondas gravitacionais da fusão de dois buracos negros, vistos aqui nesta impressão de artista. O Telescópio Espacial Fermi detetou uma explosão de raios-gama 0,4 segundos mais tarde. Uma nova investigação sugere que a explosão ocorreu porque os dois buracos negros foram o resultado de uma única estrela massiva.
Um mistério na fusão
Mas o anúncio feito em fins de junho, não representou a…1ª oportunidade…na qual astrônomos teriam detetado…luz emitida por buracos negros em fusão. Em 2015, o Telescópio espacial de Raios Gama Fermi avistou um…“ligeiro pulso de raios gama” oriundo da mesma região do espaço onde ocorreu a 1ª fusão de BNs registrada pelo LIGO. O sinal gerou muitas especulações, e explicações… — Logo após, foi proposto que a fusão ocorrera…no interior de uma estrela – que forneceria o “gás luminoso”.
A comunidade acadêmica permaneceu incrédula. Muitos cientistas por fim constataram que a explosão de raios gama era provavelmente algo do acaso – uma emissão de algum outro objeto distinto; que havia sido erroneamente relacionado à fusão do buraco negro.
Avi Loeb, físico teórico da Universidade de Harvard ainda acredita que – sob certas condições, a fusão de buracos negros poderiam disparar um feixe de luz. Ele porém, tem dificuldade em aceitar a ideia de que o feixe seja resultado de um…’processo de acreção’ no buraco negro [que se fundiu]…A luminosidade de objetos astronômicos geralmente possui um limite máximo…conhecido como “Limite de Eddington”. Em algumas circunstâncias, esse limite pode ser excedido por um fator de milhares. No cenário proposto, entretanto, o buraco negro resultante possuía uma luminosidade, 100 mil vezes maior que esse limite. “Nunca se ouviu falar de algo assim”, disse ele.
Matthew Graham, principal autor da pesquisa, reconhece que uma luminosidade tão grande seria sem precedentes. Mas, baseado no conhecimento atual… “não é surreal. Não está além dos limites do possível”…disse ele. — Mesmo não sendo ainda factível rodar em computador simulações confiáveis das complexas interações entre buracos negros binários em um núcleo ativo galático, extrapolações de simulações anteriores convenceram a sua equipe — de que essa interpretação…deveria ser a mais plausível. “Se o feixe de luz não se originou da fusão de buracos negros, poderia ter surgido de uma supernova muito esquisita”, disse o coautor do estudo Saavik Ford, da Borough of Manhattan Community College. Uma outra possibilidade é a variação natural do núcleo galático ativo, que…como é sabido… – muda sua luminosidade com o tempo. Segundo Barry McKernan, também coautor da pesquisa, e astrofísico da Borough of Manhattan Community College… “Ao contrário da explosão de raios gama em 2015, a nova emissão de radiação permitiu criar previsões – que em breve serão testadas”. Conforme o novo modelo, pelo menos um dos buracos negros que existiam antes da fusão estava girando rapidamente. – “Isso é algo que nós temos que ter certeza para que nosso cenário faça sentido”, diz ele…Além disso, a equipe também estima que a massa do buraco negro…formado pela fusão, seja cerca de 100 vezes a massa do Sol.
A análise completa do LIGO sobre os dados de ondas gravitacionais, que poderá ser publicada ainda nos próximos meses – irá apoiar … ou refutar ambas as afirmações. À medida que o buraco negro resultante da fusão continue a orbitar o supermassivo, eventualmente ele irá re-entrar no disco de acreção, gerando outro feixe de luz, que seria visível da Terra. — A equipe estima que isso irá acontecer em cerca de um ano.
Atualizações em ultravioleta “Futuros feixes poderão oferecer outras pistas … sobre a composição de… “núcleos ativos de galáxias”… — que são peças cruciais de nosso entendimento sobre como galáxias se constroem em nosso universo”.
Para além das propriedades dos buracos negros em si – os ‘feixes de luz’ emitidos por BNs resultantes de fusões poderiam revelar atributos dos “discos de acreção” em núcleos ativos galáticos. A partir daí se fez uma estimativa…da densidade do gás e…da espessura do disco — cálculos impossíveis de se fazer… apenas com os dados das … “ondas gravitacionais”. No entanto, para que uma “astronomia multimídia“…floresça – os astrônomos precisam atualizar suas “ferramentas“.
Mesmo que o estudo tenha detetado um feixe no espectro visível…será mais fácil localizar os feixes de outros buracos negros no comprimento de onda ultravioleta. Todavia, como a atmosfera da Terra absorve a maior parte da luz ultravioleta – muito antes de alcançar os observatórios terrestres, serão necessários ‘telescópios espaciais’. Para Graham, o melhor candidato é o Observatório Swift (NASA), mas é imperfeito…isso porque ele foi projetado originalmente para estudar explosões de raios gama — sendo assim, possui um campo de visão muito menor que o ZTF…Há outros telescópios espaciais sensíveis à luz ultravioleta observando o céu atualmente. Nenhum deles…porém, é ideal para procurar por feixes de luz no processo gerador de ondas gravitacionais. – Segundo Bellovary: “O ultravioleta foi de certa forma negligenciado pela comunidade [astronômica] por um tempo… Esse é um problema”... Ela…e seus colegas, esperam que o novo estudo estimule o desenvolvimento de um telescópio ultravioleta com um amplo campo de visão. Enquanto isso, esperam-se os resultados completos do ‘LIGO’, bem como os das previsões sobre o 2º feixe luminoso.
Como disse Erin Kara, astrofísica no Instituto de Tecnologia de Massachusetts: “A teoria da fusão de buracos negros é tentadora. Mesmo assim, ainda não está pronta para ser aceita – sem novas evidências”. Scott Hershberger (texto base) p/consulta “Enorme zumbido gravitacional se move pelo Universo” (jun/2023) *************************(texto complementar)***************************
Pesquisa limita a produção de ondas gravitacionais primordiais “Esses resultados são um grande passo … em direção à deteção de “ondas gravitacionais primordiais”… – ondulações no tecido espaçotempo, criadas à medida que o universo se expandia…em seus momentos iniciais”.
Acredita-se que o “Big Bang” tenha criado uma enxurrada de “ondas gravitacionais”, que ainda preenchem o Universo…carregando consigo informações sobre sua origem, e sobre a natureza da ‘gravidade’… – impossíveis de se obter por qualquer ferramenta astronômica convencional. Essas ondas, observadas como um “fundo estocástico“, seriam análogas a uma superposição de ondas … com diferentes tamanhos e direções. O ‘fundo cósmico de ondas gravitacionais‘ que emergiu logo após o “Big-Bang”, assim como a “radiação cósmica de fundo em microondas“…é um background que contém valiosas informações sobre o início do Universo…Tentando obter alguma dessas informações, foi realizado um experimento com o objetivo de impor um limite superior de sua quantidade de ruído, para facilitar então…sua posterior identificação. Assim…pesquisadores de ondas gravitacionais…incluindo os professores Lee Samuel Finn, de astrofísica, e Benjamin Owen, de física, da Penn State University, obtiveram novas restrições a como era o universo em seus primórdios. – A análise dos dados da equipe – realizada de 2005 a 2007…estabeleceu limites ainda mais rigorosos sobre a quantidade de ondas gravitacionais que teriam advindo do “Big Bang”… Esse tipo de informação forneceria pistas vitais para entender a ‘evolução estrutural‘ do universo.
“O espaço-tempo é o ‘palco vivo’ no qual o drama cósmico se desenrola. – Ondas gravitacionais primordiais estocásticas, são suas deformações, torções e curvaturas…estabelecidas desde que o Universo…se expandia. Todas observações, relatadas neste trabalho – são o exame direto mais próximo da ‘estrutura respiratória‘ de um…Universo ainda vivo”. (Lee Samuel Finn – membro da equipe)
Como a pesquisa restringe a amplitude do “fundo de ondas gravitacionais”…a limites na faixa dos 100 Hz, o ruído sísmico proveniente de atividade geológica, geralmente abaixo de 25 Hz, poderia ser suprimido…caso se efetue a pesquisa, a frequências relativamente altas. — Esse limite, segundo os pesquisadores, poderia refinar, ou até mesmo descartar modelos cosmológicos que preveem ‘fundos intensos’, em alguns processos primordiais, podendo significar portanto um avanço em nossa compreensão da…”evolução cósmica”. Os resultados da equipe associada à colaboração científica dos “Observatórios de Ondas Gravitacionais” LIGO e VIRGO estão publicados na edição de 20/08/2009 da “Nature”.
O LIGO pesquisa ativamente “ondas gravitacionais”…desde 2002 – enquanto o VIRGO entrou na ativa em 2007… A análise do LIGO coletou os dados dos interferômetros, em Hanford…e em Livingston. Em ambos, um laser é dividido em dois feixes – que viajam para frente e para trás, pelos longos braços do interferômetro… de forma a monitorar a diferença entre os 2 comprimentos de braço transversais. – Pela ‘relatividade’…quando uma “onda gravitacional”…atravessa um braço do interferômetro – seu comprimento é levemente esticado, enquanto que no outro braço, é levemente contraído. A construção do interferômetro permite detetar uma alteração menor que um milésimo do diâmetro de um núcleo atômico — entre os comprimentos dos braços — um em relação ao outro.
Para David Reitze, professor de física da Universidade da Flórida, e porta-voz da LIGO: “As ondas gravitacionais são a única maneira de investigar ‘diretamente’ o Universo no momento do seu nascimento…sendo totalmente únicas nesse sentido. – Simplesmente, é impossível obter tais informações por qualquer outro tipo de pesquisa…É isso que faz esse resultado tão especial – e a astronomia de ondas gravitacionais, tão emocionante”.
De acordo com Francesco Fidecaro, professor do “Instituto Nacional de Física Nuclear” da Universidade de Pisa, e porta-voz da ‘Virgo Collaboration‘: “A combinação de dados simultâneos dos interferômetros “LIGO” e “Virgo” fornece informações sobre fontes de ondas gravitacionais – inacessíveis por outros meios. É muito sugestivo que o primeiro resultado desse tipo de aliança utilize a característica única de ondas gravitacionais, capazes de sondar o…‘universo primordial’…Isso é muito promissor para o futuro”.
Maria Alessandra Papa…pesquisadora de Física Gravitacional (‘Instituto Max Planck’), e também analista chefe do projeto acrescentou que “Centenas de cientistas trabalham duro para produzir resultados como este… — projetando… conservando e operando os instrumentos … com outras equipes preparando e analisando os dados para pesquisas astrofísicas, e desenvolvendo técnicas para localizar ‘sinais ultrassensíveis’ nos dados”.
O ‘fundo estocástico‘ de ondas gravitacionais ainda não foi descoberto…Mas, a restrição para tal, descrita no artigo da ‘Nature’ já oferece sua própria marca, na busca da história mais antiga do universo. (‘texto base’ – set/2009) (‘Astronomy’) ****************************************************************************
‘Ondas gravitacionais primordiais’…permitem testar ‘teorias cosmológicas’ Ondulações no tecido do espaço-tempo poderão algum dia fornecer provas observáveis das atividades dos instantes iniciais do Universo, revelando determinados processos de alta energia…atualmente inacessíveis até mesmo para os…“colisores de partículas“. ‘Ondas gravitacionais’ estão previstas na teoria geral da relatividade de Albert Einstein; isto porque objetos em movimento perturbam o espaçotempo gerando ondas similares às de um barco navegando em um lago. Mas, sendo elas sutis…apenas os peso-pesados celestes produziriam efeitos detetáveis, como por ex: a colisão de 2 estrelas de neutron.
Uma resenha publicada na revista “Science“ apresenta perspectivas de deteção de ondas gravitacionais primordiais – produzidas no início cósmico … e que talvez ainda possam ser detetadas…pela marca que deixaram há bilhões de anos … ou, pelas ondulações que persistem até hoje. Tais ‘ondas primordiais’ poderiam ser o melhor meio…de testarmos modelos cosmológicos como o da ‘inflação’, onde o Universo recém-nascido inflou para algo 10e26 maior – num átimo de segundo.
“É impossível imaginar um mecanismo que nos abra outra janela direta, para um tempo tão próximo ao instante da criação”…(Lawrence Krauss, físico teórico da Universidade do Estado do Arizona, co-autor do estudo)
O primeiro lugar para se procurar a marca das ondas gravitacionais é no ‘Fundo Cósmico de Microondas’ (CMB, em inglês), radiação remanescente de apenas 380 mil anos após o Big Bang, cujas flutuações de temperatura mapeiam regiões de maior e menor densidade do ‘universo jovem’…fornecendo pistas importantes sobre sua formação…e componentes estruturais. – A mensuração dessas “flutuações”, iniciada pela NASA, por meio da Sonda Anisotrópica de Microondas Wilkinson…(WMPA, em inglês)…posteriormente (em 2009) foi aprimorada, com o lançamento do “satélite Planck” pela “Agência Espacial Europeia”. Os mapas do CMB feitos pelo WMPA, deram impulso à teoria da “inflação cósmica“, confirmando as predições do…”modelo inflacionário”…sobre o “Universo primordial”…e medições ainda mais precisas poderão trazer novas confirmações…Como explica Krauss:
“Os mesmos eventos que acreditamos terem formado os … ‘hot spots‘ do fundo cósmico de microondas também podem ter produzido ondas gravitacionais, cuja magnitude podemos estimar. A próxima geração de satélites … talvez – ao menos … nos permita observar seus efeitos”.
Richard Easther, cosmólogo da “Yale University”, observa que as medições do CMB já estão fornecendo pistas, embora não completas…sobre a alvorada do Universo. – “Na verdade alguns cenários inflacionários já foram descartados porque produziriam mais ondas gravitacionais…do que as mensurações atuais permitem – principalmente as da missão WMAP”, diz ele. O Planck e outros experimentos agora estão trabalhando para superar limites ainda mais estritos. E conclui… “Se a natureza nos ajudar…poderemos ter a primeira evidência das ondas gravitacionais inflacionárias já nos próximos anos”. Mas se o “Planck” e seguidores não obtiverem tais provas, uma missão mais específica relativa à mensuração da “polarização”…poderá ser necessária. (texto base) mai/2010
Questões Cosmológicas 
Desde a a previsão das ondas gravitacionais previstas pela RG até aos nossos dias muito tempo passou mas finalmente estamos assistindo à sua confirmação. De modo indireto foi constatado na CMB e agora com a melhoria da sensibilidade dos aparelhos que as pretendem observar diretamente será uma questão de mais algum tempo… Um artigo excecional e esclarecedor, como em tudo o que faz e divulga. (JMFC)
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