As ondas gravitacionais medem o Universo

(dr) The SXS (Simulating eXtreme Spacetimes) Project

Quando dois buracos negros colidem, formam-se ondas gravitacionais no próprio espaço

A deteção direta de ondas gravitacionais em pelo menos cinco fontes nos últimos dois anos fornece uma confirmação espetacular do modelo de gravidade e espaço-tempo de Einstein.

A modelagem destes eventos também forneceu informações sobre a formação de estrelas massivas, explosões de raios-gama, características das estrelas de neutrões e (pela primeira vez) a verificação de ideias teóricas sobre como os elementos muito pesados, como o ouro, são produzidos.

Os astrónomos usaram agora um único evento de onda gravitacional (GW170817) para medir a idade do Universo.

Uma equipa composta por 1314 cientistas de todo o mundo contribuiu para a deteção de ondas gravitacionais oriundas da fusão de um par de estrelas de neutrões, seguida pela deteção de raios-gama e depois pela identificação da origem do cataclismo numa fonte localizada na galáxia NGC4993 avistada em imagens obtidas com vários atrasos de tempo e em comprimentos de onda que vão desde os raios-X até ao rádio.

A análise das ondas gravitacionais deste evento infere a sua força intrínseca. A força observada é menor, o que implica (porque a força diminui com a distância à fonte) que a fonte está a aproximadamente 140 milhões de anos-luz de distância.

NGC4993, a sua galáxia hospedeira, tem uma velocidade externa devido à expansão do Universo que pode ser medida a partir das linhas do espectro. A determinação da distância da galáxia e da velocidade com que se afasta de nós permite que os cientistas calculem o tempo desde que a expansão começou – a idade do Universo: entre aproximadamente 11,9 e 15,7 mil milhões de anos, tendo em conta as incertezas experimentais.

A idade derivada deste único evento é consistente com as estimativas de décadas de observações que se baseiam em métodos estatísticos usando outras duas fontes: a radiação cósmica de fundo em micro-ondas e os movimentos das galáxias.

A primeira baseia-se no mapeamento da distribuição muito fraca de luz que remonta a uma época mais ou menos 400 mil anos após o Big Bang; a segunda envolve uma análise estatística das distâncias e movimentos de dezenas de milhares de galáxias em épocas relativamente recentes.

O facto de que este único evento de onda gravitacional foi capaz de determinar a idade do Universo, é incrível, e não é possível para cada deteção de ondas gravitacionais. Neste caso, houve a identificação ótica da fonte (de modo que uma velocidade pôde ser medida) e a fonte nem estava muito longe nem era muito ténue.

Com uma grande amostra estatística de eventos de ondas gravitacionais de todos os tipos, o intervalo atual de valores para a idade vai ficar mais pequeno.

O novo resultado é intrigante por outro motivo. Embora tanto a radiação cósmica de fundo em micro-ondas e as medições das galáxias sejam bastante precisas, parecem discordar uma da outra em mais ou menos 10%.

Esta divergência pode ser apenas um erro observacional, mas alguns astrónomos suspeitam que pode ser uma diferença real, refletindo algo que falta atualmente na nossa imagem do processo de expansão cósmica, talvez relacionada com o facto da radiação cósmica de fundo remontar a uma época radicalmente diferente do tempo cósmico do que os dados das galáxias.

Este terceiro método, os eventos de ondas gravitacionais, podem ajudar a resolver o enigma.

// CCVAlg

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