A gravidade não é apenas uma força que mantém as coisas juntas

Por meio de nossa compreensão da relatividade geral, sabemos que a gravidade pode produzir ondas gravitacionais ou ondulações na estrutura do espaço-tempo. 

Uma representação artística de buracos negros em colisão, causando ondulações na estrutura do espaço-tempo. Crédito da imagem: R. Hurt / Caltech-JPL

Mas como essas ondas gravitacionais funcionam, exatamente?

Pouco depois de formular sua teoria geral da relatividade, Albert Einstein percebeu que a gravidade pode fazer ondas. No entanto, ele rapidamente duvidou de suas próprias conclusões. A constatação de que as ondas gravitacionais existem veio de uma forma simplificada da relatividade geral, e Einstein não sabia se as ondas eram reais ou apenas um artefato do processo de simplificação.

Se você se mexer na água, você cria ondas na água. Se sua caixa de som vibrar, ela produz ondas sonoras. Se você mexer um elétron, você cria ondas eletromagnéticas. Para criar uma onda gravitacional, tudo o que você precisa fazer é acelerar a massa.

Essas ondas viajam para fora da fonte na velocidade da luz e são ondulações literais na força da gravidade. Quando uma onda gravitacional passa por você, você é esticado e apertado como se mãos gigantes estivessem brincando com você como um punhado de massa.

Você sentiu isso? 

Mesmo que quase tudo no universo esteja produzindo ondas gravitacionais o tempo todo, você realmente não as nota. A gravidade é, de longe, a mais fraca das quatro forças fundamentais da natureza. Mesmo se a gravidade fosse um bilhão de bilhões de bilhões de vezes mais forte do que é, ela ainda seria ordens de magnitude mais fraca do que qualquer uma das outras forças: a força fraca, o eletromagnetismo e a força forte. E as ondas gravitacionais são ainda mais fracas; elas são pequenas perturbações no topo da gravidade normal.

Isso também significa que as ondas gravitacionais que você pode produzir, digamos, agitando os braços são quase totalmente inexistentes. Para fazer uma redução séria no espaço-tempo, você precisa de alguma ação séria de massa e energia - coisas como colisões de buracos negros, destruição de estrelas de nêutrons, supernovas, buracos negros gigantes que consomem estrelas inteiras ou mesmo as forças caóticas desencadeadas nos primeiros momentos do Big Bang.

Se você estivesse a cerca de meia milha da fusão de dois buracos negros, as ondas gravitacionais emitidas seriam fortes o suficiente para separar você deles. Mas se você estivesse a centenas de quilômetros de distância, não faria nem mesmo os cabelos da sua nuca se arrepiarem.

Do nosso ponto de vista na Terra, milhões ou bilhões de anos-luz de distância desses eventos cataclísmicos, as ondas gravitacionais têm uma amplitude não maior do que a largura de um próton.

Claro que foi estranho 

A extrema fraqueza das ondas gravitacionais é o motivo pelo qual levou quase um quarto de século de desenvolvimento tecnológico para detectá-las. Mas em 2015, o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) confirmou a primeira detecção direta de ondas gravitacionais. A fonte desse sinal em particular eram dois buracos negros se fundindo a 1,4 bilhão de anos-luz de distância.

Há um lado positivo na fraqueza das ondas gravitacionais: como a gravidade é tão fraca, as ondas gravitacionais mal interagem com a matéria, permitindo que se propaguem livremente por todo o universo sem se espalharem ou serem absorvidas. Também significa que podemos ver coisas que normalmente não veríamos. 

Se dois buracos negros colidem no meio do espaço, como poderíamos realmente vê-los? Se eles não emitirem nenhuma forma de radiação eletromagnética durante a colisão, todo o processo será invisível para nossos telescópios. Mas essas colisões liberam enormes quantidades de energia na forma de ondas gravitacionais, geralmente mais potente do que a produzida por todas as estrelas do universo combinadas.

Desde a primeira detecção confirmada em 2015, LIGO e Virgo - seu observatório irmão na Itália - confirmaram mais de quatro dezenas de colisões de buracos negros. Passamos da detecção de ondas gravitacionais ocasionais a um ramo completo da astronomia. Essas vibrações sutis desbloquearam o insight sobre o funcionamento interno do cosmos e novos mistérios para a próxima geração de astrônomos.

Paul M. Sutter é astrofísico da SUNY Stony Brook e do Flatiron Institute, apresentador de "Ask a Spaceman" e "Space Radio" e autor de "How to Die in Space". Sutter contribuiu com este artigo para Expert Voices: Op-Ed & Insights do Space.com.

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Referência:

SUTTER, Paul. How do gravitational waves work? Space, 23, ago. 2021. Disponível em: <https://www.space.com/how-do-gravitational-waves-work>. Acesso em: 23, ago. 2021.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.