No início de 2016, uma colaboração internacional de físicos registrou ondas gravitacionais pela primeira vez na história da humanidade. As ondas foram geradas pela fusão de dois buracos negros e foram detectadas por meio de um detector-interferômetro especial LIGO, localizado nos Estados Unidos. O que são ondas gravitacionais, por que demorou um século para descobri-las e qual é o papel dos cientistas russos nisso? O chefe do Observatório Astronômico da ISU, diretor científico do Planetário de Irkutsk, Sergei Yazev, disse isso a "Oblastnaya".
- Cem anos atrás, Albert Einstein completou seu trabalho sobre a teoria geral da relatividade. A teoria, nova na época, permitia a existência das chamadas ondas gravitacionais, que surgem constantemente e em toda parte. Um exemplo simples: acenamos com a mão, as ondas gravitacionais divergem da mão. Mas a gravidade é a força mais fraca da natureza, e dois fatores são necessários para fixar as ondas gravitacionais. Primeiro, deve haver algum evento poderoso no qual massas gigantescas estão envolvidas, por exemplo, a fusão de estrelas umas com as outras, a queda de uma estrela sobre a outra ou algo semelhante. E em segundo lugar, precisamos de um equipamento incrivelmente sensível que registre o sinal deste evento na Terra.
A ideia de como registrar ondas gravitacionais existe há décadas. Os físicos entenderam perfeitamente o que precisava ser feito, mas as tecnologias necessárias simplesmente não existiram por muito tempo. O detector de interferômetro LIGO nos EUA, que detectava sinais de ondas gravitacionais, foi concebido em 1992. Por muito tempo os físicos não conseguiram consertar nada, porque faltou sensibilidade à instalação. O fato é que as ondas gravitacionais são, na verdade, vibrações de uma determinada entidade, que os físicos chamam de "espaço-tempo". Isso significa, por exemplo, que a distância entre dois elementos da instalação pode começar a oscilar, porque o próprio espaço muda suas propriedades. Descobriu-se que a sensibilidade exigida do dispositivo está além dos limites da percepção real - a amplitude das oscilações deve ser cerca de 10 mil vezes menor,do que o tamanho do núcleo atômico. Esta é uma precisão fantástica. No ano passado, a instalação foi modernizada, após o que foi possível registrar um sinal das profundezas do Universo sobre um evento extremamente poderoso - a fusão de dois buracos negros. Aconteceu há um bilhão, trezentos milhões de anos, e somente em 14 de setembro do ano passado seus ecos chegaram à Terra. Graças à rajada de raios gama gravada simultaneamente, ficou claro que este não é um ruído aleatório. Os especialistas vêm checando o resultado há muito tempo e somente em fevereiro se arriscaram a informar ao mundo que uma grande descoberta havia sido feita.e somente em 14 de setembro do ano passado seus ecos chegaram à Terra. Graças à rajada de raios gama gravada simultaneamente, ficou claro que este não é um ruído aleatório. Os especialistas vêm checando o resultado há muito tempo e somente em fevereiro se arriscaram a informar ao mundo que uma grande descoberta havia sido feita.e somente em 14 de setembro do ano passado seus ecos chegaram à Terra. Graças à rajada de raios gama gravada simultaneamente, ficou claro que este não é um ruído aleatório. Os especialistas checaram o resultado por muito tempo e só em fevereiro se arriscaram a avisar ao mundo que uma grande descoberta havia sido feita.
Sergey Arturovich, qual é o significado da descoberta das ondas gravitacionais para a ciência?
- As ondas gravitacionais passam por qualquer coisa. Isso significa que receberemos um novo tipo de informação sobre os processos físicos. Durante o evento de 14 de setembro, as três massas do Sol, quando dois buracos negros se fundiram, se transformaram em energia de ondas gravitacionais. Esta é uma energia monstruosa, então mesmo a uma distância de um bilhão e trezentos milhões de anos-luz, sentimos este evento. Imagine: um tremor de espaço que se espalhou por todo o universo.
É importante notar que várias outras descobertas foram feitas simultaneamente com o registro das ondas gravitacionais. Em primeiro lugar, foram obtidas evidências da existência de buracos negros. Astrônomos e astrofísicos não duvidavam disso, mas alguns físicos teóricos até recentemente negavam a existência de tais objetos. Em segundo lugar, foi confirmado que as ondas gravitacionais viajam à velocidade da luz, o que foi previsto na relatividade geral.
Mais uma descoberta deve ser dita. Existe esse conceito de "horizonte de eventos do buraco negro". Dois buracos se fundiram, o horizonte de eventos adquiriu uma certa forma complexa e flutuou. O resultado é uma concha, sob a qual já existe um buraco negro, mas ainda não está fora. Esse efeito - a dinâmica do horizonte de eventos - foi registrado pela primeira vez durante as observações, embora ninguém esperasse esse tipo de descoberta.
Cientistas russos participaram de experimento para registrar ondas gravitacionais?
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- O detector-interferômetro é americano, mas a experiência foi proporcionada por uma equipe internacional, que incluía especialistas russos. A instalação captava as próprias ondas gravitacionais, mas era preciso entender de onde vinham, que evento as causava. Então, para isso, o programa utilizou telescópios de todo o mundo, incluindo a rede russa de telescópios MASTER. No entanto, ainda era possível determinar a origem das ondas com a ajuda de tecnologia estrangeira.
Muitos dos fundamentos teóricos do experimento encenado nos Estados Unidos foram criados na Rússia. Em nosso país, um dos pioneiros na busca por ondas gravitacionais foi o famoso físico, funcionário da Universidade Estadual de Moscou, Vladimir Braginsky.
O astrofísico de Moscou, chefe do projeto MASTER, Vladimir Lipunov, juntamente com seus colegas, publicou em 1992 um artigo no qual se dizia que o primeiro evento a consertar as ondas gravitacionais seria justamente a fusão dos buracos negros. Além disso, sabe-se que cientistas russos contribuíram para o desenvolvimento do projeto do detector de interferômetro. Em geral, cerca de mil pessoas, de uma forma ou de outra, participaram do projeto, e os físicos russos deram sua contribuição para a causa comum.
A descoberta das ondas gravitacionais pode se qualificar para o Prêmio Nobel de Física?
- Em geral, a descoberta de ondas gravitacionais é um evento da classe Nobel. Na maioria dos casos, as descobertas acontecem inesperadamente. Mas, nos últimos anos, houve duas exceções em que as descobertas foram previstas e aconteceram. Estamos falando do bóson de Higgs, cuja descoberta esperava por várias décadas, e das ondas gravitacionais, que levaram cem anos para se confirmar. Todos esses eventos foram previstos teoricamente; em ambos os casos, a teoria acabou sendo correta e confirmada por observações. Em 2013, o prêmio máximo em física foi para François Engler e Peter Higgs. Acho que o Prêmio Nobel também será concedido pela descoberta das ondas gravitacionais.
