Ondas gravitacionais deixam uma marca detectável, Dizem os físicos

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

As ondas gravitacionais, detectadas pela primeira vez em 2016, abrem uma nova janela para o Universo, com o potencial de nos contar tudo sobre a época que se seguiu ao Big Bang até aos eventos mais recentes nos centros de galáxias.

E enquanto o detetor LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) observa 24 horas por dia, 7 dias por semana, ondas gravitacionais que passam pela Terra, uma nova investigação mostra que essas ondas deixam para trás muitas "memórias" que podem ajudar a detetá-las mesmo depois de terem passado.

"Que as ondas gravitacionais deixam mudanças permanentes num detetor depois de passarem, é uma das previsões mais invulgares da relatividade geral," disse o candidato a doutoramento Alexander Grant, autor principal do artigo científico publicado na edição de 26 de abril da revista Physical Review D.

Os físicos sabem há muito tempo que as ondas gravitacionais deixam uma espécie de memória nas partículas ao longo do caminho e identificaram cinco dessas memórias. Os investigadores descobriram agora mais três efeitos posteriores da passagem de uma onda gravitacional, "ondas gravitacionais persistentes observáveis" que podem um dia ajudar a identificar ondas que passam pelo Universo.

Cada nova onda observável, realça Grant, fornece diferentes maneiras de confirmar a teoria da relatividade geral e fornece informações sobre as propriedades intrínsecas das ondas gravitacionais.

Essas propriedades, dizem os cientistas, podem ajudar a extrair informações da Radiação Cósmica de Fundo em Micro-ondas - radiação remanescente do Big Bang.

"Não antecipámos a riqueza e a diversidade do que podia ser observado," explicou Éanna Flanagan, professor de física e de astronomia da Universidade de Cornell, no estado norte-americano de Nova Iorque.

"O que foi surpreendente, para mim, sobre esta investigação, é como diferentes ideias às vezes tinham uma relação inesperada," disse Grant. "Nós considerámos uma grande variedade de observáveis diferentes e descobrimos que, muitas vezes, para saber mais sobre uma, temos que ter conhecimento da outra."

Os investigadores identificaram três observáveis que mostram os efeitos de ondas gravitacionais numa região plana do espaço-tempo que sofre um surto de ondas gravitacionais, após o qual volta a ser uma região plana. O primeiro observável, "desvio de curva", é quanto dois observadores em aceleração se separam um do outro, em comparação com a forma como observadores com as mesmas acelerações se separariam um do outro num espaço plano não perturbado por uma onda gravitacional.

O segundo observável, "holonomia", é obtido transportando informações sobre o momento linear e angular de uma partícula ao longo de duas curvas diferentes através das ondas gravitacionais e comparando os dois resultados diferentes.

O terceiro analisa como as ondas gravitacionais afetam o deslocamento relativo de duas partículas quando uma das partículas tem uma rotação intrínseca.

Cada um destes observáveis é definido pelos investigadores de uma maneira que pode ser medida pelo detetor. Os procedimentos de deteção para o desvio de curva e para as partículas em rotação são "relativamente simples de realizar," escreveram os investigadores, necessitando apenas "um meio de medir a separação e para os observadores acompanharem as suas respetivas acelerações."

A deteção da holonomia observável seria mais difícil, escreveram, "exigindo que dois observadores medissem a curvatura local do espaço-tempo (potencialmente transportando pequenos detetores de ondas gravitacionais)." Dado o tamanho necessário para o LIGO detetar até uma onda gravitacional, a capacidade de detetar os observáveis de holonomia está além do alcance da ciência atual, dizem os cientistas.

"Mas já vimos muitas coisas interessantes com ondas gravitacionais, e veremos muitas mais. Existem até planos para colocar um detetor de ondas gravitacionais no espaço, que será sensível a fontes diferentes do LIGO," conclui Flanagan.

Fonte: Astronomia OnLine