As ondulações do Big Bang podem transformar a nossa compreensão do universo — e podemos estar perto de as detectar

Será uma vista diferente de qualquer outra — completamente invisível, excepcionalmente silenciosa e totalmente transformadora. 

Os cosmólogos acreditam que, nos primeiros momentos do Big Bang, o universo cresceu em várias ordens de magnitude. (Crédito da imagem: Daniel Rocal - FOTOGRAFIA/Getty Images)

Nos primeiros momentos do Big Bang, todo o cosmos tremeu e rugiu. Esses tremores ainda reverberam até os dias de hoje. Serão necessários os instrumentos mais sensíveis já imaginados para revelar essas ondulações, mas, se forem descobertas, mudarão nossa compreensão de todo o universo.

Em 1916, Albert Einstein descobriu que sua teoria da relatividade geral previa a existência de ondas gravitacionais — ondulações na estrutura do espaço-tempo causadas por qualquer coisa com massa que acelere. Mas a gravidade é de longe a mais fraca das forças conhecidas, e as ondas gravitacionais são ainda mais fracas. Portanto, embora a ideia de ondas gravitacionais fosse interessante, Einstein acreditava que elas jamais poderiam ser detectadas.

Quase um século depois, uma equipe de físicos se propôs a provar que ondas gravitacionais poderiam, de fato, ser detectadas. Após 25 anos de esforços, eles desenvolveram o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO). O detector consiste em lasers com quilômetros de extensão, ajustados com precisão para monitorar vibrações até a escala de um núcleo atômico.

Em 2015, a equipe finalmente tirou a sorte grande, encontrando a assinatura inconfundível de ondas gravitacionais liberadas pela fusão de buracos negros que cobriam o instrumento.

Apesar da força diminuta dessas ondas gravitacionais quando detectadas, elas eram extremamente fortes quando produzidas. Buracos negros em fusão liberam quantidades tremendas de energia. Em menos de um segundo, eles produzem tanta energia quanto toda a massa do Sol se fosse convertida em energia pura.

Não há clarão. Não há explosão. Não há detonação. A energia liberada é totalmente invisível, puramente na forma de ondas gravitacionais. Dentro de um ano-luz dessa fusão, qualquer coisa capturada pelas ondas seria despedaçada, à medida que as forças gravitacionais concorrentes a subjugassem.

Mas por mais poderosos que esses eventos sejam, eles não são nem de longe as ondas gravitacionais mais fortes que o universo já criou.

Os cosmólogos acreditam que, nos primeiros momentos do Big Bang , menos de uma fração de segundo após o início da existência do universo, nosso cosmos passou por uma transformação notável. Ele cresceu em várias ordens de magnitude — o equivalente a inchar seu corpo até o tamanho do universo observável moderno. Esse evento, conhecido como inflação, terminou em um piscar de olhos e preparou o cenário para toda a história futura do universo como o conhecemos. 

Não sabemos o que impulsionou a inflação, por que começou naquele momento ou por que parou naquele momento. Mas suspeitamos fortemente que tenha acontecido, pois temos evidências indiretas disso. Durante a inflação, tudo ficou maior, incluindo a espuma quântica submicroscópica que se agita e borbulha constantemente nas menores escalas.

A inflação transformou essa espuma quântica em meras pequenas variações de densidade por todo o universo. Isso deixou uma impressão duradoura, à medida que a matéria eventualmente se acumulava nos bolsões de alta densidade remanescentes da inflação. A radiação cósmica de fundo em micro-ondas , liberada 380.000 anos depois, contém uma tênue lembrança dessa impressão inicial, como visto nas variações de temperatura no céu.

As propriedades estatísticas desses padrões correspondem ao que esperamos da inflação. Mas, ainda assim, não temos uma visão direta do evento em si.

Felizmente, a inflação deixou mais do que uma impressão digital. Ela abalou o cosmos. Desencadeou a formação de ondas gravitacionais de tal ferocidade que nada em toda a história do universo jamais poderia competir.

Essas ondas gravitacionais ainda existem hoje e se propagam suavemente sobre a Terra. Mas são muito fracas, tendo sido esticadas por bilhões de anos de expansão cósmica. Também são muito difíceis de detectar, pois têm comprimentos de onda incrivelmente longos.

O LIGO consegue ver as vibrações causadas pelas fusões de buracos negros porque elas são breves e nítidas, o que as faz se destacar claramente em relação ao ruído de fundo de todas as vibrações naturais do experimento, como ondas sísmicas e até mesmo as conversas das pessoas no refeitório.

Mas as ondas gravitacionais da inflação, conhecidas como ondas gravitacionais primordiais, são longas e lentas demais. Elas se escondem sob o ruído. É improvável que algum detector terrestre as encontre.

É por isso que a próxima geração de observatórios de ondas gravitacionais estará no espaço. A Antena Espacial de Interferômetro Laser (LISA), com lançamento previsto para meados da década de 2030, consistirá de um trio de satélites voando a uma distância de 1 milhão a 5 milhões de quilômetros um do outro. Eles refletirão lasers para frente e para trás, buscando qualquer mudança mínima em suas distâncias à medida que as ondas gravitacionais percorrem o sistema solar.

O LISA tem uma série de objetivos científicos, incluindo encontrar as ondas criadas por supernovas e buracos negros supermassivos e a busca por ondas gravitacionais primordiais. Ninguém sabe se será bem-sucedido. Não sabemos quão fortes eram as ondas gravitacionais primordiais quando foram geradas, portanto, não sabemos quão fracas elas são atualmente.

Há mais de uma década, astrônomos propuseram um sucessor para o LISA, chamado Big Bang Observer (BBO). Em vez de apenas três satélites, o BBO contaria com dezenas de naves espaciais se coordenando por todo o sistema solar com lasers de alta potência e ultraprecisos.

O BBO teria a sensibilidade necessária para detectar praticamente qualquer onda gravitacional primordial prevista por nossas teorias de inflação. Mas, por enquanto, o BBO é apenas uma proposta, sem planos concretos para sua continuidade.

Portanto, neste momento, todas as esperanças estão voltadas para a LISA. Com sorte, ela proporcionará a primeira visão direta dos primeiros momentos da história cósmica e revelará informações detalhadas sobre como a inflação ocorreu. Será uma visão diferente de qualquer outra — completamente invisível, excepcionalmente silenciosa e totalmente transformadora.

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