(pd) Arthur Sasse
Há um século, Albert Einstein sugeriu que o Universo poderia conter ondulações no espaço-tempo, conhecidas como ondas gravitacionais — mas depois mudou de ideias.
A primeira deteção destas ondulações no espaço-tempo ocorreu em setembro de 2015 no Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferómetro Laser, de acordo com o New Scientist.
As ondas captadas foram o subproduto de uma fusão de dois buracos negros, a 1,3 mil milhões de anos-luz de distância, cada um com a massa de aproximadamente 30 sóis.
Desde essa altura, houve cerca de 100 outras deteções associadas a acontecimentos igualmente violentos — colisões entre dois buracos negros ou duas estrelas de neutrões e até um encontro fatídico entre um buraco negro e uma estrela de neutrões.
No ano passado, descobriram que o nosso Universo parece estar imerso num fundo de baixa frequência de radiação gravitacional — resíduo cumulativo e sempre presente de milhares de colisões de buracos negros ao longo da história cósmica.
Embora os cientistas tenham atualmente muitos dados sobre ondas gravitacionais para analisar, nem sempre foi o caso. De facto, decorreram 99 anos entre o momento em que Albert Einstein levantou a hipótese das ondas gravitacionais e a obtenção da primeira prova direta da sua existência.
Durante esse longo período, muito do que aprendemos sobre este fenómeno veio da matemática. Ocorreu a Einstein em 1916 que a aceleração da matéria, através do espaço e do tempo, poderia causar a formação de ondulações, só que estas emanariam em todas as direções a partir do ponto de origem.
Einstein descreveu essas ondas e as propriedades que teriam explicitamente através da matemática. No entanto, o Físico tinha profundas dúvidas se as ondas gravitacionais existiam de facto. E, se existissem, não tinha a certeza de que alguma vez pudessem ser detetadas.
Durante anos hesitou neste ponto e, em 1936, duas décadas após a sua sugestão inicial, determinou que qualquer solução para as equações da relatividade geral que desse origem a ondas gravitacionais conteria também uma singularidade — uma descontinuidade no espaço-tempo cuja presença poderia pôr em causa toda a sua teoria.
Para evitar essa terrível contingência, Einstein concluiu que as ondas gravitacionais não podem existir e preparou-se para apresentar esse caso numa palestra na Universidade de Princeton nesse mesmo ano.
Depois de um colega tê-lo alertado para uma falha no seu raciocínio, adotou uma posição mais equívoca na sua palestra, dizendo “se me perguntarem se existem ou não ondas gravitacionais, tenho de responder que não sei. Mas é um problema muito interessante”.
Tendo em conta o que se sabe agora, Einstein tinha razão em deixar a questão em aberto. Também estava correto ao supor que as ondas gravitacionais seriam difíceis de detetar. Se fosse necessário um evento verdadeiramente cataclísmico para produzir um sinal discernível, isso representava um desafio.
As soluções para as equações da relatividade geral eram muito difíceis de encontrar e as mais antigas envolviam situações comparativamente simples, como o caso de uma estrela perfeitamente esférica, estacionária no espaço e imutável no tempo.
Um cenário suscetível de produzir ondas gravitacionais, envolvendo corpos maciços que se movem a uma velocidade excessiva e prestes a colidir uns com os outros, seria muito mais complicado.
Não era imediatamente claro se era possível resolver as equações de Einstein nestas condições mais complicadas e exigentes. Eventualmente, registaram-se progressos.
Em 1952, a matemática Yvonne Choquet-Bruhat provou que as equações de Einstein tinham uma solução estável que permita a existência de ondas gravitacionais — mas só conseguiu mostrar que essa solução existia durante um curto período de tempo no futuro.
Em 1969, juntou forças com o físico matemático Robert Geroch para alargar esse resultado, mostrando que uma solução estável podia durar um tempo arbitrariamente longo.
Este foi um marco fundamental, porque significava que se podia confiar na relatividade geral para prever o tipo de ondas que seriam produzidas, por exemplo, se dois buracos negros chocassem um contra o outro.
Por outro lado, poder-se-ia começar na direção oposta, baseando-se nas mesmas equações para determinar pormenores relativos aos objetos originais que geraram as ondas, como a sua massa ou se estão a rodar e a que velocidade.
Enquanto os matemáticos e os físicos abordavam este assunto do ponto de vista teóricos, os experimentalistas começaram a construir pequenos detetores de ondas gravitacionais no início da década de 1970. Estes acabaram por ser ampliados, levando ao início da construção do LIGO em 1994; as operações preliminares começaram oito anos mais tarde.
O observatório resultante é uma maravilha da engenharia, capaz de detetar alterações na distância entre os seus espelhos que são 10.000 vezes mais pequenas do que a largura de um protão. Estas flutuações indicam a passagem de ondulações no espaço-tempo.
Mas, ainda havia um desafio computacional. antes de poderem ter algum esperança de detetar ondas gravitacionais, os cientistas do LIGO e do seu congénere europeu, o Virgo, teriam de saber o que procurar — a forma, a amplitude e a frequência das ondas que esperavam encontrar. Este era um problema difícil que demorou muitos anos a resolver.
Um grande avanço ocorreu em 2005 quando o físico Frans Pretorius percebeu que os cálculos que Choquet-Bruhat tinha desenvolvido durante o seu trabalho nos anos 50 podiam ser utilizados em simulações computorizadas de fusões de buracos negros.
Este foi um dos mitos passos fundamentais que contribuíram para a deteção, uma década mais tarde, das primeiras ondas gravitacionais — e das que se seguiram.
Assim, poder-se-ia dizer que, neste caso, os investigadores provaram simultaneamente que Einstein estava certo e errado.
Provar que o Físico alemão estava errado indicou que era cauteloso. Por outro lado, provar que estava certo foi um testemunho da sua grandeza e da ideia brilhante que concebeu em 1916.
Uma consequência dessa visão, entre muitas que poderiam é o facto de a astronomia das ondas gravitacionais oferecer uma nova via para explorar o Universo, ainda que esteja largamente inexplorada. Sendo, por isso, uma das áreas de mais rápido crescimento na astronomia.
