JENNIFER ANN THOMAS E RAQUEL BEER DE FEVEREIRO, DE FEVEREIRO, FURIA

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1 PEGANDO ONDA NO UNIVERSO Previstas há 100 anos por Albert Einstein na sua Teoria da Relatividade Geral, as ondas gravitacionais são detectadas pela primeira vez a partir da fusão entre dois buracos negros JENNIFER ANN THOMAS E RAQUEL BEER DE FEVEREIRO, 2016 FURIA 17 DE FEVEREIRO,

2 P rocyon F rágeis como o pio de um pássaro, mas fortes o suficiente para provocar um estrondo na ciência. Convertidas em vibrações sonoras, as ondas gravitacionais foram detectadas pela primeira vez na semana passada. Em uma conferência realizada em Washington, os físicos americanos David Reitze e Kip Thorne, do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro (Ligo), anunciaram o feito científico. Parabéns. A descoberta de vocês é tão importante quanto a do Bóson de Higgs, reagiu imediatamente Stephen Hawking, o respeitado físico teórico da Universidade de Cambridge. Hawking assinalou que os cientistas do Ligo não apenas detectaram as ondas gravitacionais, uma das mais ousadas teorizações de Albert Einstein, mas, na mesma tacada, provaram a existência dos buracos negros e, mais espetacular ainda, flagraram dois desses monstros cósmicos devoradores de galáxias colidindo e fundindo-se. Ao equiparar a detecção de ondas gravitacionais com a descoberta do Bóson de Higgs, em 2012, Haw king deu a exata dimensão do feito. Teorizada por Peter Higgs e François Englert, essa partícula explica, simplesmente, por que existe alguma coisa no universo em vez de nada. Explica por que as galáxias, as estrelas, os planetas e nós, seres humanos, tivemos a chance de ser formados. A técnica de detecção das ondas gravitacionais abre uma nova janela para que os cientistas estudem diretamente os buracos negros e as estrelas de nêutrons, onde estão escondidas as chaves para decifrar os últimos mistérios sobre o nascimento, a vida e a morte do universo. Para a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, cuja formulação comemorou 100 anos em 2015, a descoberta dos cientistas do Ligo significa a entroniza54 17 DE FEVEREIRO, 2016 ONDE AS ONDAS GRAVITACIONAIS FORAM PRODUZIDAS Or ion Nebula S ir ius C anopus NGC 3372 ( C a ri n a Ne bu la ) Om ega C e n t a u ri R igel ONDA S GR AVI TACI ONA I S 1,3 BI LH Ã O DE A NO S O EXPERIMENTO O Ligo (a sigla em inglês para Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro) é um grupo de pesquisa que inclui cerca de cientistas de quinze países. O grupo recebeu 1,1 bilhão de dólares da Fundação Nacional de Ciência dos Estados Unidos para a construção de observatórios em dois estados americanos, Washington e Louisiana BUR AC O S N EG RO S B u ra c o n eg ro Há 1,3 bilhão de anos colidiram no espaço dois buracos negros, um com 29 e o outro com 36 vezes a massa do Sol A LOCALIZAÇÃO DOS DETECTORES WASHINGTON As ondas gravitacionais detectadas pelo Ligo foram produzidas pelo choque entre esses dois buracos negros. Elas viajaram à velocidade da luz por 1,3 bilhão de anos e atingiram os detectores do Ligo em setembro do ano passado Fu sã o d e d oi s bu ra c os n eg ros FOTOS ROY WILLIAMS (CALTECH)/SHANE LARSON (NORTHWESTERN)/LIGO qui EUA lôm etr os LOUISIANA 17 DE FEVEREIRO,

3 ção de seu autor no posto mais alto da hierarquia científica da humanidade. Em 1905, Einstein já havia revolucionado a física ao demonstrar, nas palavras dele, que massa e energia são apenas duas facetas de um mesmo fenômeno, o que se depreende da fórmula E = mc². Dez anos depois, Einstein tirou da estagnação um ramo da ciência que não tinha tido progresso desde a formulação da Lei da Gravidade, por sir Isaac Newton, em Einstein intuiu que a maneira de a gravidade atuar só poderia ser entendida no campo da geometria, com os corpos pesados deformando o espaço à sua volta e atraindo para seu centro as coisas ao redor como uma esfera de aço colocada no meio de uma rede de pesca. Para não violar a Teoria da Relatividade Especial, nessa revolucionária explicação da realidade, a velocidade da luz teria de ser mantida como o limite máximo de deslocamento de qualquer corpo, onda ou partícula pelo universo. Ou seja, a força de atração da gravidade não poderia agir instantaneamente, como pensava Newton. Ela também teria de ser uma interação como qualquer outra da natureza como as que mantêm os elétrons em torno do núcleo do átomo e o próprio núcleo coeso. Em 1915, já se sabia que as interações no mundo subatômico eram mediadas por partículas. O fóton é a partícula que medeia (torna possível) a existência da luz e de outros fenômenos eletromagnéticos, que se propagam em ondas. Qual seria então a partícula que faria a gravidade atuar? Como seria a onda que a gravidade produz? Na teoria, essas perguntas já haviam tido respostas satisfatórias. A resposta à primeira pergunta é o gráviton, que ainda não foi detectado. Mas, na semana passada, o mundo teve conhecimento de que a resposta à segunda pergunta saiu do campo teórico e se materializou em um equipamento especialmente conce- ESPELHO LASER COMO AS ONDAS FORAM DETECTADAS 4km A VIAGEM PELO ESPAÇO No 1,3 bilhão de anos que levaram para chegar à Terra, as ondas gravitacionais produzidas pelo choque dos dois buracos negros foram perdendo força. Quando atingiram os anteparos do Ligo, eram marolinhas gravitacionais quase imperceptíveis O EQUIPAMENTO O feixe de raios laser que percorre os tubos de 4 quilômetros de extensão do equipamento é refletido de volta rumo a um detector Divisor de feixe Em condições normais, o feixe e seus reflexos estão sempre perfeitamente alinhados e, viajando em sentidos opostos, se anulam. O detector nada registra 1,3 bilhão de anos 4 km ESPELHO Braço armazenador de luz Detector de luz 4 km Observatório de Livingston, no Estado americano de Louisiana um outro idêntico existe em Hanford, no Estado de Washington A DETECÇÃO No momento do impacto das ondas gravitacionais, o laser e seus reflexos se desalinharam e parte da luz deles chegou ao detector. Pela teoria, as ondas gravitacionais criam perturbações na grade do espaço-tempo e deformam os objetos em seu caminho. Eles se contraem de um lado e se expandem do outro. É o que teria ocorrido nos tubos do Ligo As ondas geradas pela colisão dos dois buracos negros mudaram as dimensões dos tubos do Ligo, deslocando milimetricamente um dos espelhos refletores. O deslocamento foi de apenas 4 milésimos do diâmetro de um próton, partícula subatômica do núcleo dos átomos DE FEVEREIRO, 2016 LIGO/NASA 17 DE FEVEREIRO,

4 bido para isso. As implicações da descoberta são extraordinárias. Disse a VEJA o americano Keith Riles, professor da Universidade de Michigan e membro do time de pesquisadores do Ligo: A certeza da existência de ondas gravitacionais confirma que a teoria de Einstein está correta, já que até agora só haviam sido detectados alguns desvios pequenos da tese de Newton. Demoramos para conseguir achar as evidências das ondas gravitacionais porque uma tecnologia muito avançada precisou ser desenvolvida para fazê-lo. A gravidade é uma força onipresente no universo, mas é incomparavelmente mais fraca do que outras forças fundamentais da natureza. Tome-s e o eletromagnetismo. A energia eletromagnética do Sol que chega à Terra é de cerca de watts por metro quadrado por segundo. A energia das ondas gravitacionais produzidas pelo Sol ao se mover no espaço, se convertida em eletricidade, mal daria para acender uma lâmpada de 100 watts. Portanto, para medir os efeitos de ondas gravitacionais, o equipamento tem mesmo de ser altamente sensível. No caso do Ligo, foi necessário perceber uma diferença de apenas 4 milésimos do diâmetro de um próton. Essa ínfima alteração nas dimensões de um tubo do equipamento do Ligo foi provocada pelas ondas gravitacionais nascidas da colisão de dois buracos negros que se fundiram em um só há 1,3 bilhão de anos. Da gigantesca fusão cósmica sobrou o equivalente à energia da massa de três estrelas do tamanho do nosso Sol. Foi essa fração da energia do choque dos buracos negros que se transformou em ondas gravitacionais que, na Terra, foram suficientes para bulir com os agora celebrados 4 milésimos do diâmetro de um próton e isso pôde ser medido pelo Ligo. Uma balança com esse grau de precisão seria capaz de determinar o peso de um elefante sem e com uma mosca pousada DE FEVEREIRO, 2016 O SIGNIFICADO ONDAS GRAVITACIONAIS O deslocamento de meros 4 milésimos do diâmetro do próton na experiência americana pode significar um salto gigantesco para a física ao comprovar a existência das ondas gravitacionais, fenômeno previsto por Albert Einstein com base na... As ondas gravitacionais são um campo, termo que os cientistas utilizam para descrever certos tipos de partículas subatômicas e as forças mediadas por elas. Por exemplo, a força eletromagnética é mediada por fótons, as mesmas partículas subatômicas de que é feita a luz. A teoria prevê que um dia serão encontrados os grávitons, partículas subatômicas responsáveis pela existência do campo gravitacional e suas ondas A euforia em torno da confirmação das ondas gravitacionais se explica principalmente por elas serem um campo e, como todos os demais campos, obedecerem à Teoria da Relatividade Especial, segundo a qual nada que contenha massa ou informação* pode viajar mais rápido do que a velocidade da luz ( quilômetros por segundo) * Informação nesse contexto significa desde um código (como o Morse) até qualquer forma de energia ou matéria organizada (um átomo, por exemplo, pois seus componentes são combinados de uma maneira que exige informação, e não ao acaso) As imagens acima, divulgadas pelo Ligo, mostram os sinais das ondas gravitacionais detectados pelos dois observatórios gêmeos nos Estados Unidos, em Livingston (Louisiana) e Hanford (Washington). Os dois detectores testemunharam o mesmo evento com uma diferença de tempo de apenas 7 milésimos de segundo. A sobreposição de curvas, como mostra o terceiro quadro, confirmou a detecção das ondas...teoria DA RELATIVIDADE GERAL, Einstein teorizou também que do choque monumental de dois buracos negros emanariam ondas gravitacionais capazes de, à semelhança dos objetos pesados, deformar a rede do espaço-tempo em que o cientista criou o conceito de espaço-tempo, genial visualização da forma de atuação da força da gravidade. O espaço-tempo pode ser imaginado como uma rede esticada que os corpos pesados deformam como esferas de ferro colocadas sobre um colchão CORBIS/LATINSTOCK

5 nas costas. Um instrumento de medida que atingisse esse gabarito teria de ser bom o bastante para notar que a altura do Monte Everest foi acrescida de alguns centímetros porque um alpinista esqueceu uma luva no topo do pico gelado. Antes do anúncio da semana passada, a constatação indireta da existência de ondas gravitacionais já havia dado o Prêmio Nobel de Física de 1993 para os americanos Russell Alan Hulse e Joseph Hooton Taylor Jr. Eles estudaram um par de estrelas de nêutrons que formava um sistema energético único. Gradualmente esse sistema perdia energia, que Taylor e Hulse identificaram na forma de ondas gravitacionais. Os ganhadores do Nobel de 1993 provaram que as ondas gravitacionais podiam ser emitidas. Agora, os físicos do projeto Ligo vão, com certeza, ganhar o Nobel por provar que elas podem ser detectadas feito que já foi anunciado apressadamente antes por pelo menos duas equipes, obrigadas a se retratar em seguida. A descoberta do Ligo não será posta em dúvida, em razão do rigor do experimento. Primeiro, o mesmo padrão de sinal foi detectado por dois interferômetros a mais de quilômetros de distância um do outro e dentro de uma pequena fração de tempo. Segundo, havia informações suficientes no sinal para determinar as massas e as velocidades dos dois objetos em fusão, além da massa final e a quantia de energia radiada em forma de ondas gravitacionais. Terceiro, as equipes passaram quase cinco meses checando e rechecando os dados, tentando em vão encontrar explicações alternativas para os resultados obtidos. Só depois decidiram anunciar a descoberta. O teórico Einstein, mais uma vez, agradece aos físicos experimentais. Graças a eles, o universo ficou ainda maior. ƒ Com reportagem de Luiza Donatelli AS ONDAS GRAVITACIONAIS, EINSTEIN E A VELOCIDADE DA LUZ A ideia de que nada que contenha massa ou informação pode viajar mais rápido do que a luz não é um capricho de Albert Einstein. É sua mais poderosa intuição e, em última análise, sua maior contribuição para a física, ao dar origem ao seguinte enunciado: Não existem interações instantâneas a distância na natureza ISAAC NEWTON, DEUS E O ESPAÇO ABSOLUTO Em 1666 o inglês formulou a Lei da Gravidade, mas deixou registrado que a forma como a gravidade atua seria um mistério divino fora do alcance da inteligência dos homens. O máximo de elaboração a que ele chegou foi o conceito de espaço absoluto algo insondável, misterioso e impenetrável sobre o qual as esferas celestes deslizariam sem, no entanto, interagir De 1666 até 1905 data da publicação da Teoria da Relatividade Especial de Einstein, ou seja, durante 239 anos, imaginou-se que a força da gravidade e outras forças atuavam instantaneamente Einstein mostrou que não existem interações instantâneas a distância, pois as forças atuam por meio de campos que dependem de partículas mediadoras e estas não atuam (interagem) em velocidades maiores que a da luz FORÇA FORTE No núcleo dos átomos, mantém unidos os quarks que formam os prótons e nêutrons glúon AS FORÇAS DA NATUREZA Entre as quatro forças fundamentais, de três delas (eletromagnetismo, força forte e força fraca) já se conhecem as partículas mediadoras e os campos que elas propiciam. Faltava a gravidade, a mais misteriosa das forças, a mais fraca, mas a única a preencher todo o cosmo e atuar apenas em um sentido ela só atrai, não repele GRAVIDADE Controla a atração entre os corpos celestes e todos os objetos com massa gráviton (teorizado, mas ainda não encontrado) ELETROMAGNETISMO Responsável pelas ondas que mantêm os elétrons em torno do núcleo dos átomos. Controla a repulsão e a atração entre cargas elétricas fóton FORÇA FRACA Responsável pela emissão de radiação de elementos naturalmente radioativos Partículas mediadoras: W e Z DE FEVEREIRO, 2016 CORBIS/LATINSTOCK 17 DE FEVEREIRO,