ARLA/CLUSTER: Detecção de ondas gravitacionais é um dos maiores marcos para a astrofísica

[João Costa > CT1FBF]

*DETETADAS ONDAS GRAVITACIONAIS 100 ANOS APÓS A PREVISÃO DE EINSTEIN*

Pela primeira vez, cientistas observaram ondulações no tecido do
espaço-tempo chamadas ondas gravitacionais, chegando à Terra oriundas de um
evento cataclísmico no Universo distante. Isto confirma uma importante
previsão da teoria geral da relatividade de Albert Einstein, publicada em
1915, e abre uma nova janela sem precedentes para o cosmos.

As ondas gravitacionais transportam informação sobre as suas dramáticas
origens e sobre a natureza da gravidade que não pode ser obtida de outra
maneira. Os físicos concluíram que as ondas gravitacionais foram produzidas
durante a fração final de segundo da fusão de dois buracos negros,
produzindo um único buraco negro mais massivo. Esta colisão de dois buracos
negros já tinha sido prevista, mas nunca observada.

As ondas gravitacionais foram detetadas no dia 14 de setembro de 2015, Ã s
09:51 UTC, por ambos os gémeos do LIGO (Laser Interferometer
Gravitational-wave Observatory), localizados em Livingston, no estado
americano do Louisiana e em Hanford, no estado americano de Washington. Os
observatórios LIGO são financiados pelo NSF (National Science Foundation) e
foram concebidos, construídos e são operados pelo Caltech e pelo MIT. A
descoberta, aceite para publicação na revista Physical Review Letters, foi
feita pela Colaboração Científica LIGO (que inclui a Colaboração GEO e o
Consórcio Australiano para Astronomia Gravitacional Interferométrica) e
pela Colaboração Virgo usando dados dos dois detetores LIGO.
<http://www.icrar.org/__data/assets/image/0006/2406327/shannon2.jpg>
Quando dois buracos negros giram em órbita um do outro, irradiam ondas
gravitacionais, libertando energia orbital e espiralando em direção um do
outro. Esta impressão de artista mostra as ondulações numa superfície
bidimensional do espaço-tempo, para que as consigamos imaginar melhor.
Crédito: Swinburne Astronomy Productions
(clique na imagem para ver versão maior)


Com base nos sinais observados, os cientistas do LIGO estimam que os
buracos negros deste evento tinham aproximadamente 29 e 36 vezes a massa do
Sol e que o evento teve lugar há 1,3 mil milhões de anos atrás. Cerca de 3
massas solares foram convertidas em ondas gravitacionais numa fração de
segundo - com uma potência máxima 50 vezes maior do que todo o Universo
visível. Ao observar o tempo de chegada dos sinais - o detetor em
Livingston registou o evento 7 milissegundos antes do detetor em Hanford -
os cientistas podem dizer que a fonte estava localizada no hemisfério sul.

De acordo com a relatividade geral, um par de buracos negros em órbita um
do outro perdem energia através da emissão de ondas gravitacionais, fazendo
com que gradualmente fiquem mais próximos ao longo de milhares de milhões
de anos e cuja distância diminui muito mais depressa nos minutos finais.
Durante a fração final de um segundo, os dois buracos negros colidiram um
com o outro a quase metade da velocidade da luz e formaram um único buraco
negro mais massivo, convertendo uma porção da massa combinada dos dois
buracos negros em energia, segundo a fórmula E = mc2 de Einstein. Esta
energia é emitida como uma forte explosão final de ondas gravitacionais.
Foram estas ondas gravitacionais que o LIGO observou.

A existência de ondas gravitacionais foi demonstrada pela primeira vez nas
décadas de 1970 e 1980 por Joseph Taylor Jr. e colegas. Taylor e Russell
Hulse descobriram, em 1974, um sistema binário composto por um pulsar em
órbita de uma estrela de neutrões. Taylor e Joel M. Weisberg descobriram,
em 1982, que a órbita do pulsar estava diminuindo ligeiramente ao longo do
tempo devido à libertação de energia sob a forma de ondas gravitacionais.
Pela descoberta do pulsar e pela demonstração que tornaria possível esta
medição de onda gravitacional em particular, Hulse e Taylor receberam o
Prémio Nobel da Física em 1993.
<http://www.space.com/images/i/000/053/180/original/ligo-gravitational-waves-detection.jpg?1455206273?interpolation=lanczos-none&downsize=*:1400>
Estas são as ondas gravitacionais detetadas pelo LIGO, primeiro em
Livingston e, apenas uma fração de segundo depois, pelo detetor em Hanford.
Crédito: LIGO
(clique na imagem para ver versão maior)


A nova descoberta do LIGO é a primeira observação das próprias ondas
gravitacionais, feita através da medição dos pequenos distúrbios que as
ondas fazem no espaço e no tempo à medida que passam através da Terra.

"A nossa observação das ondas gravitacionais atinge uma ambiciosa meta
estabelecida há mais de 5 décadas: a de detetar diretamente este fenómeno
elusivo e melhor compreender o Universo e, apropriadamente, cumpre o legado
de Einstein no 100.º aniversário da sua teoria geral da relatividade,"
afirma David H. Reitze, do Caltech e diretor executivo do Laboratório LIGO.

A descoberta foi possível graças às capacidades melhoradas do Advanced
LIGO, uma grande atualização que aumentou a sensibilidade dos instrumentos
em comparação com a primeira geração dos detetores LIGO, permitindo um
grande aumento no volume do Universo estudado - e a descoberta das ondas
gravitacionais durante a sua primeira fase de observações.

"Esta deteção é o começo de uma nova era: o campo da astronomia das ondas
gravitacionais é agora uma realidade," afirma Gabriela González, porta-voz
do LSC (LIGO Scientific Collaboration) e professora de física e astronomia
na Universidade Estatal do Louisiana.

O LIGO foi originalmente proposto como um meio de detetar estas ondas
gravitacionais na década de 1980 por Rainer Weiss, professor de física,
emérito, do MIT; Kip Thorne, Professor Richard P. Feynman do Caltech de
Física Teórica, emérito; e Ronald Dreve, professor de física, emérito,
também do Caltech.
<http://www.space.com/images/i/000/038/426/original/HiResLivingston_6.jpg>
Vista aérea do LIGO em Livingston, no estado americano do Louisiana.
Crédito: Caltech/Laboratório LIGO
(clique na imagem para ver versão maior)


"Esta observação está muito bem descrita na teoria da relatividade geral de
Einstein, formulada há 100 anos e compreende o primeiro teste da teoria da
gravitação forte. Teria sido maravilhoso ver o rosto de Einstein, caso
tivéssemos sido capazes de lhe contar sobre esta descoberta," comenta Weiss.

"Com esta descoberta, nós, seres humanos, estamos a embarcar numa
maravilhosa nova missão: a busca para explorar o lado deformado do Universo
- objetos e fenómenos produzidos pela deformação do espaço-tempo. A colisão
de buracos negros e ondas gravitacionais são os nossos primeiros belos
exemplos," afirma Thorne.

A pesquisa Virgo é realizada pela Colaboração Virgo, que abrange mais de
250 físicos e engenheiros pertencentes a 19 diferentes grupos europeus de
investigação. Fulvio Ricci, porta-voz da Virgo, afirma que "este é um marco
significativo para a física mas, mais importante, é meramente o início de
muitas novas e excitantes descobertas astrofísicas que vão chegar com o
LIGO e o Virgo."

Em cada observatório LIGO, um interferómetro com a forma de um L e com 4 km
de comprimento usa um laser que se divide em dois feixes e que viajam para
trás e para a frente nos braços (um tubo com 120 cm de diâmetro mantido sob
um vácuo quase perfeito). Os feixes são usados para monitorizar a distância
entre espelhos posicionados precisamente nas extremidades dos braços. De
acordo com a teoria de Einstein, a distância entre os espelhos é alterada
por uma quantidade ínfima quando uma onda gravitacional passa pelo detetor.
O detetor é sensível o suficiente para medir uma mudança, nos comprimentos
dos braços, mais pequena que um décimo de milésima do diâmetro de um protão
(10-19 metros). O Advanced LIGO é o detetor mais sofisticado, alguma vez
criado, de ondas gravitacionais.

A fim de determinar a direção do evento que provocou as ondas
gravitacionais são necessários observatórios independentes e bastante
separados, e também para verificar que os sinais são provenientes do espaço
e não são algum outro fenómeno local.

Com este objetivo, o Laboratório LIGO está a trabalhar em estreita
colaboração com cientistas na �ndia para estabelecerem um terceiro detetor
LIGO no subcontinente indiano. Aguardando a aprovação do governo indiano,
poderá estar operacional na próxima década. O detetor adicional vai
melhorar em muito a capacidade da rede global de detetores em localizar
fontes de ondas gravitacionais.

"Esperamos que esta primeira observação acelere a construção de uma rede
global de detetores e permita a localização precisa das fontes," conclui
David McClelland, professor de física e diretor do Centro de Física
Gravitacional da Universidade Nacional Australiana.

*Links:*

*Núcleo de Astronomia do CCVAlg:*
22/09/2015 - Pares de buracos negros supermassivos em galáxias podem ser
mais raros do que se pensava
<http://www.ccvalg.pt/astronomia/noticias/2015/09/22_buracos_negros_supermassivos.htm>
18/09/2015 - Explicado o estranho sinal de buracos negros em colisão
<http://www.ccvalg.pt/astronomia/noticias/2015/09/18_pg_1302_102.htm>
06/02/2015 - Planck revela que primeiras estrelas nasceram tarde
<http://www.ccvalg.pt/astronomia/noticias/2015/02/6_planck_primeiras_estrelas.htm>
03/02/2015 - Planck: ondas gravitacionais permanecem elusivas
<http://www.ccvalg.pt/astronomia/noticias/2015/02/3_ondas_gravitacionais.htm>

18/03/2014 - Primeira evidência directa da inflação cósmica
<http://www.ccvalg.pt/astronomia/noticias/2014/03/18_ondas_gravitacionais_inlacao_cosmica.htm>

04/10/2013 - Herschel ajuda a encontrar sinais elusivos do início do
Universo
<http://www.ccvalg.pt/astronomia/noticias/2013/10/4_herschel_radiacao_universo.htm>
18/05/2012 - Peso pesados dos pulsares desafia Einstein
<http://www.ccvalg.pt/astronomia/noticias/2012/05/18_pulsar_relatividade_geral.htm>

09/03/2010 - Sistema binário mais extremo orbita a cada 5 minutos
<http://www.ccvalg.pt/astronomia/noticias/2010/03/9_hm_cancri.htm>

*Notícias relacionadas:*
LIGO (comunicado de imprensa)
<http://ligo.org/news/detection-press-release.pdf>
Artigo científico
<https://dcc.ligo.org/public/0122/P150914/014/LIGO-P150914%3ADetection_of_GW150914.pdf>

Physical Review Letters
<http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102>
Conferência de imprensa (YouTube) <https://youtu.be/aEPIwEJmZyE?t=27m10s>
LIGO - Caltech <https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20160211>
NSF <http://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=137628>
NASA
<http://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/nsf-s-ligo-has-detected-gravitational-waves>
ESA
<http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/ESA_congratulations_on_gravitational_wave_discovery>
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<http://news.mit.edu/2016/ligo-first-detection-gravitational-waves-0211>
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<http://www.sciencemag.org/news/2016/02/gravitational-waves-einstein-s-ripples-spacetime-spotted-first-time>
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<http://www.nature.com/news/einstein-s-gravitational-waves-found-at-last-1.19361>
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<http://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/gravitational-wave-detection-heralds-new-era-of-science-0211201644/>
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<http://arstechnica.com/science/2016/02/upgraded-ligo-detectors-spot-gravitational-waves/>
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<http://rr.sapo.pt/noticia/46680/oficial_ondas_gravitacionais_detectadas_pela_primeira_vez?utm_source=rss>
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<http://pt.euronews.com/2016/02/11/teoria-das-ondas-gravitacionais-de-einstein-foi-confirmada/>
SAPO
<http://www.sapo.pt/noticias/detetadas-ondas-gravitacionais-100-anos_56bcb74e18f826e91c0ccb7a>
SOL <http://www.sol.pt/noticia/495767>
diáriodigital <http://diariodigital.sapo.pt/news.asp?id_news=806757>
RTP
<http://www.rtp.pt/noticias/ciencias/cientistas-confirmam-ondas-gravitacionais-de-einstein_n895324>
SIC Notícias
<http://sicnoticias.sapo.pt/mundo/2016-02-11-Fisicos-anunciam-ter-detetado-ondas-gravitacionais-de-Einstein>
tvi24
<http://www.tvi24.iol.pt/tecnologia/einstein/ondas-gravitacionais-detetadas-pela-primeira-vez>
Correio da Manhã
<http://www.cmjornal.xl.pt/mundo/detalhe/confirmada_teoria_das_ondas_gravitacionais_de_einstein.html>
Jornal de Notícias
<http://www.jn.pt/PaginaInicial/Mundo/Interior.aspx?content_id=5025123&page=-1>
Diário de Notícias
<http://www.dn.pt/sociedade/interior/ondas-gravitacionais-detetadas-pela-primeira-vez-em-direto-5025114.html>
Expresso
<http://expresso.sapo.pt/sociedade/2016-02-11-Agora-ja-podemos-saber-mais-sobre-os-96-que-desconhecemos-do-Universo>
Público
<https://www.publico.pt/ciencia/noticia/ondas-gravitacionais-previstas-por-einstein-detectadas-pela-primeira-vez-1723028>
Económico
<http://economico.sapo.pt/noticias/teoria-de-einstein-e-confirmada-100-anos-depois_242295.html>
Observador
<http://observador.pt/2016/02/11/teoria-da-relatividade-geral-confirmada-os-cientistas-descobriram-ondas-gravitacionais/>
ZAP.aeiou
<http://zap.aeiou.pt/einstein-estava-certo-ondas-gravitacionais-foram-detetadas-pela-primeira-vez-100746>

*Ondas gravitacionais:*
Wikipedia <https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave>
Deteção do LIGO - Wikipedia
<https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave_detection>
Ondas gravitacionais: como distorcem o espaço - Universe Today
<http://www.universetoday.com/127255/gravitational-waves-101/>
Detetores: como funcionam - Universe Today
<http://www.universetoday.com/127286/gravitational-wave-detectors-how-they-work/>
As fontes de ondas gravitacionais - Universe Today
<http://www.universetoday.com/127329/gravitational-wave-sources/>
A primeira deteção das ondas gravitacionais (YouTube)
<https://www.youtube.com/watch?v=Lcxt097G4Ps>
O que é uma onda gravitacional (YouTube)
<https://www.youtube.com/watch?v=4GbWfNHtHRg>
*LIGO:*
Página oficial <http://ligo.org/>
Caltech <https://www.ligo.caltech.edu/>
Advanced LIGO <https://www.advancedligo.mit.edu/>
Wikipedia <https://en.wikipedia.org/wiki/LIGO>

Fonte:  Núcleo de Astronomia do Centro Ciência Viva do Algarve.
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