Ondas gravitacionais podem dar informações sobre início dos tempos

 Voltar no tempo com ondas gravitacionais

A astronomia de ondas gravitacionais pode nos fornecer mais informações do que os astrônomos e astrofísicos mais entusiasmados previram quando as primeiras ondas gravitacionais foram detectadas em 2015. 

Simulação numérica das estrelas de nêutrons se fundindo para formar um buraco negro, com seus discos de acreção interagindo para produzir ondas eletromagnéticas. [Imagem: L. Rezolla (AEI)/M. Koppitz (AEI/Zuse-Institut Berlin)] 

Elas podem nos ajudar a voltar ao início de tudo o que conhecemos, fornecendo informações do cosmos logo após o Big Bang. O segredo está em compreender como essas ondulações no tecido do Universo fluem através dos planetas, das estrelas, das galáxias e até do rarefeito meio intergaláctico.

"Não podemos ver o Universo primitivo diretamente, mas talvez possamos vê-lo indiretamente se observarmos como as ondas gravitacionais daquela época afetaram a matéria e a radiação que podemos observar hoje," propõem Deepen Garg e Ilya Dodin, do Laboratório de Física do Plasma de Princeton (PPPL).

E a ideia veio de longe: Os dois físicos estavam estudando a geração de energia por fusão nuclear, que tira proveito do processo que alimenta as estrelas para gerar eletricidade na Terra sem emitir gases de efeito estufa. Para isso, é necessário calcular como as ondas eletromagnéticas se movem através do plasma, a sopa de elétrons e núcleos atômicos que alimenta os geradores de fusão conhecidos como tokamaks e estelaratores.

Foi então que a dupla se deu conta de que esse processo se assemelha ao movimento das ondas gravitacionais através da matéria. "Nós basicamente colocamos o mecanismo das ondas de plasma para trabalhar em um problema de onda gravitacional," contou Garg.

Os detectores atuais são capazes de detectar apenas uma pequena porção das frequências de ondas gravitacionais. [Imagem: A.Simonet (SSU)/LIGO/NSF]

Modo coletivo das ondas gravitacionais

As ondas gravitacionais, previstas por Albert Einstein em 1916 como consequência de sua teoria da relatividade, são distúrbios no espaço-tempo causados pelo movimento de objetos de massa muito elevada, e viajam pelo cosmos na velocidade da luz.

Garg e Dodin criaram fórmulas que permitem tirar dos dados das ondas gravitacionais informações sobre propriedades de corpos celestes, como estrelas, que estão a milhões ou bilhões de anos-luz de distância. Especificamente, à medida que as ondas gravitacionais fluem através da matéria, elas criam "luz" cujas características dependem da densidade da matéria que estão atravessando.

Essas equações estendem a teoria das ondas gravitacionais para a interação das ondas gravitacionais com o plasma das estrelas, do meio interestelar ou dos eventos cataclísmicos, como a fusão de corpos muito massivos. E permitem capturar informações impressas na polarização das ondas que atravessam esse plasma.

"Em particular, mostramos que esta formulação inclui a instabilidade cinética de Jeans como um modo coletivo das ondas gravitacionais, com uma polarização peculiar, que é derivada da matriz de dispersão, em vez de ser assumida a priori," escreveu a dupla - a instabilidade de Jeans é o que causa o colapso de nuvens de gás interestelar e a subsequente formação de estrelas.

Se a teoria estiver correta, isso permite descobrir propriedades sobre corpos celestes que foram atravessados pela onda gravitacional que chegou até nós - qualquer que seja sua idade. Essa técnica também pode levar a descobertas sobre a colisão de estrelas de nêutrons e buracos negros, remanescentes ultradensos de estrelas mortas. E, segundo a dupla, pode até mesmo revelar informações sobre o que estava acontecendo durante o Big Bang e os primeiros momentos do nosso Universo.

Com as equações prontas, resta agora por a mão na massa e checar se a teoria se sustenta. "Temos algumas fórmulas agora, mas obter resultados significativos exigirá mais trabalho," anunciou Garg.

Fonte: Inovação Tecnológica