Telescópio Einstein: em busca das ondas gravitacionais

Um grupo internacional de cientistas finalizou o projeto do Telescópio Einstein, um observatório de ondas gravitacionais 100 vezes mais sensível do que os instrumentos atuais. O Telescópio Einstein será subterrâneo, construído a uma profundidade entre 100 e 200 metros, e terá três detectores, interligados por túneis de 10 quilômetros de extensão.

O Telescópio Einstein vai procurar ondas gravitacionais, minúsculas variações na estrutura do espaço-tempo, previstas por Albert Einstein em 1916. [Imagem: ASPERA]

Ondas gravitacionais

Ondas gravitacionais são ondulações no tecido do espaço-tempo, produzidas por eventos violentos no Universo, como colisões de buracos negros e explosões de supernovas, previstas por Albert Einstein em 1916, como uma consequência da sua Teoria Geral da Relatividade. As ondas gravitacionais são emitidas pela aceleração de massas, de forma muito parecida com que as ondas eletromagnéticas são produzidas pela aceleração de cargas elétricas - como os elétrons em uma antena. Ao contrário das outras formas de radiação conhecidas pelo homem, as ondas gravitacionais estariam viajando até nós desde o início do Universo totalmente incólumes, livres de qualquer interferência. Ou seja, a informação que os cientistas coletam a partir da luz, das radiofrequências e de outras ondas, estão de certa forma "corrompidas" por interferências. Isto não deve acontecer com as ondas gravitacionais.

Astronomia de ondas gravitacionais

A capacidade de detectar diretamente as ondas gravitacionais poderá inaugurar uma nova era na astronomia, permitindo insights totalmente novos sobre o Universo. Nenhuma forma de emissão dos outros tipos de radiação é, ao mesmo tempo, uma fonte forte de ondas gravitacionais.

Representação das ondas gravitacionais gerados por dois buracos negros em processo de fusão. [Imagem: NASA]

Desta forma, para ter um quadro completo do Universo, os cientistas deverão juntar as observações das ondas gravitacionais, eletromagnéticas, dos neutrinos e dos raios cósmicos. Por exemplo, usando as ondas gravitacionais será possível sondar partes do Universo escondidas por poeiras cósmicas. Ou obter-se visões totalmente novas de eventos cósmicos já observados ou até agora invisíveis a outros instrumentos, dando uma perspectiva completamente diferente aos acontecimentos astronômicos, assim como um telescópio de infravermelho dá informações diferentes de um telescópio na faixa visível.

Telescópio Einstein

O Telescópio Einstein, apesar de seu nome, nada tem em comum com outros telescópios. Ele será formado por um conjunto de três interferômetros subterrâneos, cada um a uma distância de 10 quilômetros um do outro. Seu princípio de funcionamento é bastante simples, apesar da grande complexidade de engenharia envolvida na sua construção.   

Esquema de funcionamento do Telescópio Einstein. A partir de cada um de seus cantos, um feixe de laser é dividido e disparado em direção aos dois outros cantos. [Imagem: ASPERA]

A partir de cada um de seus cantos - há um detector em cada um deles, um feixe de laser é dividido e disparado em direção aos dois outros cantos. Depois de percorrer os 10 quilômetros de um túnel, o laser atinge um espelho e é refletido de volta ao seu ponto de origem, onde interfere com o feixe original. Qualquer onda gravitacional que passar por um desses "braços de laser" irá torná-lo ligeiramente mais longo do que o outro, alterando assim o padrão de interferência entre os lasers - uma alteração mínima, mas mensurável.

Questão de precisão

Já existem detectores de ondas gravitacionais em operação, como o GEO600, na Alemanha, Virgo, na Itália e LIGO, nos Estados Unidos.Contudo, até agora, nenhum deles obteve êxito.

Visão artística do feixe de laser do Telescópio Einstein, propagando-se no interior de um tubo de vácuo de 10 quilômetros de extensão. [Imagem: ASPERA]

Os cientistas acreditam que o fracasso pode ser uma questão de precisão, ou seja, os detectores atuais não seriam sensíveis o suficiente - no momento, o LIGO e o Vigo estão sofrendo atualizações, para se tornarem mais precisos. Entrará em cena, então, o Telescópio Einstein, com uma sensibilidade 100 vezes maior do que os atuais, capaz de explorar uma região do Universo com um raio de bilhões de anos-luz, coletando dados de milhares de eventos emissores de ondas gravitacionais por ano.

Medidas anti-ruído

Os espelhos encarregados de refletir os feixes de laser terão diâmetros acima de 0,5 metro, a fim de permitir feixes de grande diâmetro, e serão resfriados abaixo de 20 K, para diminuir o ruído térmico.

Esquema dos túneis de 10 quilômetros de comprimento do detector de ondas gravitacionais. [Imagem: ASPERA]

Para eliminar os ruídos sísmicos, esses espelhos terão "suspensões" de mais de 20 metros de altura, junto com sofisticadas estratégias de controle.

Os lasers terão potência de 1 kW, a fim reduzir o "ruído" em seu disparo - variações no número de fótons disparados. Tanta precisão permitirá que o Telescópio Einstein estude toda a gama de frequência das ondas gravitacionais - de 1 Hz até 10 kHz. O observatório de ondas gravitacionais está orçado em €790 milhões e deverá estar pronto em 2025. Ainda não foi selecionado o local de sua instalação.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br