"Memória" das Ondas Gravitacionais

Concepção artística de dois buracos negros se fundindo e que criam ondulações no espaço-tempo, conhecidas como ondas gravitacionais. Imagem: © LIGO / T. Pyle

As ondas gravitacionais agitam-se pelo Universo como ondulações no espaço-tempo produzidas por alguns dos eventos mais cataclísmicos possíveis.
Com instalações como o Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO) e Virgo, agora podemos detectar a mais forte dessas ondulações enquanto elas se espalham pela Terra. Mas as ondas gravitacionais deixam para trás uma memória - uma curva permanente no espaço-tempo - à medida que passam, e agora estamos prestes a ser capazes de detectar isso também, permitindo que levemos o nosso entendimento da gravidade ao limite.
Apesar de ter mais de um século, a teoria da relatividade geral de Einstein é nosso entendimento atual de como a gravidade opera. Nessa visão, espaço e tempo são mesclados em uma estrutura unificada conhecida como espaço-tempo. Esse espaço-tempo não é apenas um estágio fixo, mas se distorce e flexiona em resposta à presença de matéria e energia.
Essa flexão e distorção do espaço-tempo diz à matéria como se mover. Na relatividade geral, tudo, desde feixes de luz a balas velozes e naves espaciais, tendem a viajar em linhas retas. Mas o espaço-tempo ao seu redor é distorcido, forçando todos a seguir trajetórias curvas - é como tentar atravessar uma passagem de montanha em uma linha reta, mas seguindo os picos e vales da topografia.
O que chamamos de "gravidade" é então o resultado de toda essa distorção do espaço-tempo, e o fato de que objetos em movimento não têm escolha a não ser seguir as curvas e ondulações do espaço-tempo ao seu redor.
E, como qualquer outra superfície flexível, o espaço-tempo não só se curva e flexiona; ele também vibra.
Se você estiver em um trampolim, você dobrará o trampolim. Se alguém tentar andar no trampolim perto de você, sentirá sua "gravidade" e será forçado a seguir um caminho curvo. Mas, longe o suficiente de você, eles nem perceberão sua influência gravitacional.
Mas se você começar a pular para cima e para baixo, enviará ondas e tremores por todo o trampolim, e eles não poderão deixar de ser influenciados pelo seu movimento.

Relembrando o passado
As ondas gravitacionais agem da mesma maneira, transmitindo energia através de ondulações no tecido do próprio espaço-tempo. Essas ondulações se originam de quase todo tipo de movimento possível, mas como a gravidade é muito fraca (é a força mais fraca da natureza), e as ondas gravitacionais são mais fracas ainda, apenas os movimentos mais energéticos são capazes de criar ondulações capazes de serem detectados com instrumentos aqui na Terra.
Até agora, nossos observatórios de ondas gravitacionais LIGO e Virgo detectaram dezenas de eventos cataclísmicos, envolvendo fusões de buracos negros e estrelas de nêutrons. As ondas gravitacionais desses eventos ondulam por todo o Universo e quando chegam na Terra, são levemente mais fracas.
Até as pessoas estão sendo levemente espremidas e esticadas por ondas gravitacionais de eventos violentos a bilhões de anos-luz de distância.
Você pode pensar que o evento acaba assim que a onda passa, como uma onda do mar batendo em você na praia e chegando até a orla. Mas a gravidade é uma coisa complicada, e as ondas gravitacionais ainda são mais complicadas.
Quase qualquer tipo de movimento desencadeia a geração de uma onda gravitacional, de buracos negros se chocando entre si até você balançando a mão. E até as próprias ondas gravitacionais geram outras ondas gravitacionais.
À medida que as ondas gravitacionais ondulam no espaço-tempo, elas se tornam uma fonte de novas ondas gravitacionais, que se tornam uma fonte de novas ondas gravitacionais, e assim sucessivamente. Cada nova geração de ondas é mais fraca que a anterior, mas o efeito se acumula no que os cientistas chamam de "memória" do espaço-tempo - uma distorção permanente do espaço-tempo deixada na sequência de uma onda gravitacional passageira.

Olhando para o futuro
Como as ondas gravitacionais geradas por ondas gravitacionais são muito fracas, ainda não encontramos nenhuma evidência para essa "memória" do espaço-tempo, mas ela deve estar lá, à espreita nos dados obtidos por LIGO e Virgo. O que devemos ver é uma mudança duradoura na posição dos detectores, bem após a passagem do evento confirmado de onda gravitacional.
Recentemente, uma equipe de astrônomos examinou o que seria necessário para finalmente ver uma memória de ondas gravitacionais. Como cada detecção individual deixa para trás apenas uma memória incrivelmente fraca, não seremos capazes de ver esses fenômenos um por um. Em vez disso, precisamos adicionar vários eventos para criar as evidências necessárias para identificar uma detecção.
E quantos eventos precisaremos? Os pesquisadores preveem que precisaremos registrar cerca de 2.000 fusões individuais de buracos negros antes que possamos identificar a memória permanente deixada para trás. Esse número de detecções não acontecerá tão cedo, mas a próxima geração de observatórios de ondas gravitacionais, que esperamos irá coletar cerca de 10 eventos por dia, poderá encontrar essa memória dentro de um ano de observações.
Essa memória permanente do espaço-tempo deve estar lá - se nossas previsões da relatividade geral estiverem corretas. E se não encontrarmos nada depois de alguns anos de pesquisa, teremos que reexaminar nossa compreensão da gravidade e ver se esquecemos alguma coisa.

Fonte: SPACE.COM