Ondas gravitacionais

Ondas gravitacionais são ondas transversais que oscilam no tecido espaço-tempo quando fenômenos ou eventos de grande magnitude ocorrem sobre ele. Elas foram detectadas em 2016 pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (Ligo, no inglês), por meio do sinal enviado por dois buracos negros, de aproximadamente 30 massas solares, que estavam se fundindo.

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Resumo sobre ondas gravitacionais

• As características das ondas gravitacionais envolvem a sua capacidade de oscilarem no tecido espaço-tempo; de serem produzidas por explosões e colisões que ocorrem no Universo; e de distorcerem o espaço-tempo de alguns planetas quando os atingem.
• Foram previstas por Albert Einstein, em 1916, como um resultado natural da aceleração dos corpos massivos no tecido espaço-tempo.
• Com base nas ondas gravitacionais, é possível compreender os fenômenos e eventos que ocorrem com pouca ou nenhuma luz.
• As ondas mecânicas precisam de um meio material para serem transmitidas.
• As ondas eletromagnéticas não precisam de um meio material para serem transmitidas.

O que são ondas gravitacionais?

As ondas gravitacionais são ondas transversais (que se propagam perpendicularmente a sua vibração) que oscilam no tecido espaço-tempo. Essa estrutura conhecida como espaço-tempo consiste em um sistema de coordenadas que combina as três coordenadas espaciais — as três dimensões do Universo: altura, largura e comprimento — com a coordenadada temporal. Podemos imaginá-la como uma membrana que circunda o espaço, sendo deformada pelos corpos massivos.

As ondas gravitacionais têm a capacidade de distorcer o tecido espaço-tempo de um planeta quando o atingem, ainda que ocorra de forma mínima, sendo menores que a largura de um próton, uma partícula elementar do núcleo atômico.

Qual a origem das ondas gravitacionais?

As ondas gravitacionais são produzidas pelos fenômenos e eventos mais catastróficos que ocorrem no Universo, como explosões e colisões de estrelas, planetas e até buracos negros.

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Como Albert Einstein previu as ondas gravitacionais?

Em 1915, o físico Albert Einstein (1879-1955) publicou a Teoria da Relatividade Geral, que trata da deformação do tecido espaço-tempo por corpos massivos, como podemos ver na imagem abaixo:

Em 1916, Einstein propôs que se esses corpos massivos rotacionassem na direção um do outro. Assim, seriam produzidas oscilações, na velocidade da luz, no tecido espaço-tempo que iriam em direção a todo o Universo. Dessa forma, a produção das ondas gravitacionais seria uma consequência natural da aceleração desses corpos massivos.

Ainda que Albert Einstein tenha previsto as ondas gravitacionais, a tecnologia da época não era sensível o suficiente para detectá-las.

Como as ondas gravitacionais foram detectadas?

A detecção indireta das ondas gravitacionais ocorreu na década de 1970, quando a equipe do radiotelescópio de Arecibo, em Porto Rico, observou dois pulsares se orbitando e identificou que eles estavam se aproximando, para isso, esse sistema precisou irradiar energia através de ondas gravitacionais. Essa descoberta rendeu, em 1993, o Prêmio Nobel de Física aos físicos Joe Taylor (1941-) e Russell Hulse (1950-).

Já a detecção direta das ondas gravitacionais foi anunciada pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (Ligo - Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) no dia 11 de fevereiro de 2016. Essa descoberta rendeu, em 2017, o Prêmio Nobel de Física aos físicos Kip Thorne (1940-), Rainer Weiss (1932-) e Barry Barish (1936-).

Ela ocorreu por meio de detectores ultrassensíveis que encontraram o sinal de um par de buracos negros, de 36 e 29 massas solares, se fundindo a aproximadamente 1,2 bilhão de anos-luz da Terra.

À medida que esses buracos negros foram perdendo energia, eles se aproximavam e rotacionavam cada vez mais rápido, até que eventualmente colidiram, gerando um enorme evento astronômico e produzindo ondas gravitacionais.

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Importância das ondas gravitacionais

As ondas gravitacionais são de extrema importância para a ciência, pois nos permitem visualizar o Universo de uma nova pespectiva, já que o seu estudo e detecção contribuíram na comprovação de hipóteses formuladas sobre a origem e a natureza do Universo e na obtenção de informações a respeito dos fenômenos e eventos inobserváveis na ausência de luz, como colisões de buracos negros.

Qual a diferença entre as ondas mecânicas, eletromagnéticas e gravitacionais?

Esses três tipos de ondas apresentam características completamente diferentes umas das outras.

• Ondas mecânicas: se propagam por meio da vibração das partículas da matéria, sendo assim, só conseguem se propagar em meios materiais (sólidos, líquidos ou gasosos). Alguns exemplos são as ondas marítmas e as ondas sonoras.
• Ondas eletromagnéticas: retratam oscilações do campo eletromagnético (fenômeno caracterizado devido ao campo elétrico e o campo magnético variarem no tempo simultaneamente), assim, não necessitam de um de um meio material para se propagarem, portanto, conseguem atravessar o vácuo espacial. Alguns exemplos de ondas eletromagnéticas são os raios X e a luz solar.
• Ondas gravitacionais: retratam oscilações que ocorrem no tecido espaço-tempo, sendo capazes de atravessar tudo.

Fontes

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de Física básica: Ótica, Relatividade, Física Quântica (vol. 4). Editora Blucher, 2015.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Ótica e Física Moderna. 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.

Por Pâmella Raphaella Melo
Professora de Física