As ondas gravitacionais são causadas por grandes eventos cósmicos. Neste post, é explicado o que são, como são produzidas e como podem ser detectadas.
O espaço-tempo
O espaço-tempo é o conceito de que o universo tem três dimensões do espaço e mais uma quarta dimensão do tempo e, que espaço e tempo não são separados. A Relatividade Geral de Einstein afirma que qualquer objeto com massa causa uma curvatura no espaço-tempo, esta causa a gravidade e é onde o tempo anda mais devagar em relação a um observador fora da curvatura.
Além de se propagarem na velocidade da luz (300.000 km/s), as ondas gravitacionais são ondas transversais no espaço-tempo, ou seja, a direção de vibração é perpendicular à direção de propagação.
Como as ondas gravitacionais são produzidas?
- Quando dois corpos celestes de grande massa orbitam entre si, ao redor de um ponto central.
- Dois buracos negros orbitando entre si e se fundindo para formar um buraco negro com maior massa. O vídeo abaixo é uma simulação deste fenômeno.
- Uma explosão assimétrica de uma supernova. Quando uma estrela cuja massa é no mínimo 8 vezes a do Sol, ela pode explodir como uma supernova quando esgotar o seu combustível para fazer a fusão nuclear.
- O colapso de uma estrela de nêutrons ou colisão entre estes tipos de astros também causam ondas gravitacionais.
Como detectar ondas gravitacionais?
As ondas gravitacionais são muito difíceis de serem detectadas, pois a amplitude destas diminui à medida que se propagam.
Para detecção, é usado um interferômetro. Consiste em um feixe laser, que passa por um divisor de feixe (beam splitter). Os feixes se propagam em “braços” perpendiculares entre si e são refletidos por espelhos (mirror). Como o comprimento dos “braços” é o mesmo, os feixes se anulam com uma interferência destrutiva ao se reencontrarem. Porém, quando passa uma onda gravitacional, um dos “braços” se torna mais comprido que o outro temporariamente, devido à compressão e expansão do espaço-tempo. Quando isto acontece, há uma interferência construtiva entre os feixes e o fotossensor detecta a presença de luz (wave detected).
O LIGO (Laser Interferometer Gravitational wave Observatory)
Foi o primeiro instrumento científico a detectar as ondas gravitacionais, em Setembro de 2015. É um interferômetro cujo braços têm 4 km de comprimento. Um fica localizado em Hanford, no estado de Washington e o outro em Livingston, no estado da Louisiana, EUA.
As ondas detectadas vieram de uma colisão entre dois buracos negros, a 1,3 bilhões de anos-luz da Terra. Os interferômetros devem ser extremamente sensíveis, a variação do comprimento nos braços foi por volta de 1\cdot 10^{-19}, 10.000 vezes menor do que o tamanho do próton.
