Após a detecção e, mais recentemente, a observação de ondas gravitacionais uma nova porta se abre para os estudos da física e da astrônomia.

(Fonte: NASA)

Na última semana o ICTP-SAIFR promoveu o minicurso Gravitational Waves for Field Theorists ministrado pelo professor Rafael Porto. Uruguaio de nascensa, o pesquisador é um físico teórico que trabalha com os aspectos fundamentais e observacionais da gravidade e com a Teoria Quântica de Campos. Dentro de sua linha de pesquisa se encontram seus trabalhos com Ondas Gravitacionais.
As Ondas Gravitacionais (Gravitational Waves) são definidas como ondulações do espaço-tempo, elas se espalham pelo universo na velocidade da luz, ou seja: 299.792 km/s. Em geral, as ondas gravitacionais mais poderosas são geradas a partir da colisão de objetos que se movem a velocidades muito grandes. É o caso de quando dois buracos negros se fundem, ou quando duas estrelas de nêutrons colidem.

(Geração de ondas gravitacionais. Fonte: LIGO Caltech)

Infelizmente esses eventos apresentam uma grande dificuldade de detecção porque ocorrem a distâncias muito grandes e, quando finalmente chegam na Terra, as ondas já estão muito fracas para serem identificadas. É simples de imaginar o fenômeno se pensarmos em uma lagoa, alguém joga uma pedra no meio dela, no momento do impacto da pedra com a água as ondulações formadas serão maiores e bem perceptíveis, entretanto, quanto mais próximas da beirada, menores elas serão e, portanto, será mais difícil diferenciá-las.
As ondas gravitacionais foram previstas pela primeira vez por Albert Eistein em 1916, em sua Teoria Greral da Relatividade, na qual propunha que os corpos mais violentos do espaço liberam parte de sua massa através de energia por meio dessas ondas. Porém, pelo fato de serem tão difíceis de detectar e, consequentemente, comprovar, o próprio Eistein duvidava da veracidade de sua teoria. Foi só quase um século depois, em 2015, que sua existência foi 100% confirmada através de um detector super sensível, desenvolvido pela colaboração da equipe do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO).
O experimento, considerado um dos mais caros e ambiciosos em décadas, consiste em duas instalações, localizadas no estado de Washington e Louisiana. Apresenta um formato em L e, cada braço, percorre uma extensão de 4km completamente em linha reta. Por ser extremamente sensível a variações, o experimento está localizado em regiões distantes de cidades ou de qualquer fonte de interferência, para evitar uma detecção falsa. Em seu interior um raio laser gerado é dividido nos dois sentidos do L e percorre o interior de cada tubo, no fim de sua extensão espelhos super estáveis refletem os lasers de volta. Em geral, os lasers percorrem os tubos, são refletidos e retornam exatamente na mesma frequência, entretanto essa calmaria é alterada quando uma onda passa pela Terra gerando uma vibração.
Até 2017 nós tivemos a oportunidade de detectar cinco ondas gravitacionais, todas geradas por buracos negros. Entretanto, em Agosto de 2017 mais um avanço surpreendente: pela primeira vez cientistas conseguiram não apenas detectar as ondas, mas também observá-las. O evento teve origem do choque de duas estrelas de nêutrons, na constelação de Hydra, há 130 milhões de anos atrás. Essas estrelas são extremamente pequenas, entretanto, super densas, em média elas têm 19km de extensão mas sua massa é equivalente a de um sol e meio. O interessante dessa observação é que, por terem campos eletromagnéticos, as estrelas de nêutrons podem causar explosões de ondas eletromagnéticas o que nos permite ver o fenômeno ao apontar um telescópio em sua direção. Assim, foi possível não apenas detectá-las, como também observá-las.

(Registro da explosão de estrelas de nêutros. Na figura 1 no momento da expĺosão em 17 de Agosto de 2017 e, na Figura 2, o evento desbotado alguns dias depois, em 21 de Agosto de 2017. Fonte: 1M2H TEAM/UC SANTA CRUZ & CARNEGIE OBSERVATORIES/RYAN FOLEY)

A detecção das ondas gravitacionais abriu um campo inteiramente novo de pesquisas e especulações na astrônomia e na física, permitindo novas formas de compreensão do universo e de sua origem. As ondas carregam consigo informações de sua criação, que remetem há milhões de anos atrás, nos permitindo identificar como elas surgiram e quais eram as características da sua fonte. Assim, é possível expandir nosso conhecimento sobre fenômenos até agora muito pouco explorados, como os buracos negros, além de permitir um estudo sob um novo ângulo a respeito das vibrações do espaço-tempo. Rafael Porto, destaca que o próximo passo é o inesperado, as ondas gravitacionais podem ser utilizadas para a exploração do universo em busca de novos objetos como também para o estudo em busca de conhecimento preciso sobre fenômenos já conhecidos.
“Nós não sabemos o que está lá fora, podem ser buracos negros, estrelas de nêutros, ou pode ser algo completamente exótico e novo que nós ainda não conhecemos. Para conseguir extrair informação e diferenciar o que sabemos do que não sabemos nós precisamos estudar o que nós chamamos de wave forms (formato de ondas), predições super precisas do que nós conhecemos, para comparar com as observações e ver se existe uma incompatibilidade o que nos permitirá falar ‘ok, isso é algo novo’. Uma possibilidade é a existência de estrelas feitas de matéria que nós ainda não vimos, ou buracos-negros podem ter o que nós chamamos de “pêlos”, eles podem estar rodeados por uma condensação de muitas partículas que nós não conhecemos, existe também a matéria escura que nós ainda não observamos diretamente. Então, através das ondas gravitacionais, nasce uma forma realmente nova de olhar para o universo”.
Apesar de acreditar que o próximo grande avanço na área vai acontecer daqui a muitos anos, Porto se mostra otimista sobre as novas possibilidades de estudo que a observação de ondas gravitacionais apresenta. Em relação à comunidade não científica ele defende que não existe como não se interessar por avanços como esse, que permitem a criação de um imaginario inteiramente novo sobre as origens do nosso universo.

Tendo uma personalidade marcada pelo bom humor, Stephen Hawking não permitiu que sua condição física limitasse seu trabalho intelectual e sua vontade de explorar os mistérios do Universo. 

 (Fonte: Getty Images; Shutterstock)

Na madrugada dessa quarta-feira, dia 14, o mundo foi pego de surpresa com o anúncio da morte de Stephen Hawking, aos 76 anos. O físico dedicou a maior parte da sua vida a explorar e buscar entender os mistérios dos buracos negros e do nosso universo. Diagnosticado aos 21 anos com uma doença grave, Esclereose Lateral Amitórfica, Hawking recebeu a predição de que teria apenas mais três anos de vida. O mal avançou de forma agressiva, não tardando para o físico perder completamente o movimento do corpo, ficando confinado a uma cadeira de rodas e com comunicação limitada. Entretanto, indo contra todas as expectativas, Stephen Hawking superou a predição inicial de três anos de vida, tendo vivido cinquenta anos a mais do esperado.

A cadeira de rodas e todas as outras limitações também não impediram o cientista de se tornar um dos nomes mais influentes do nosso tempo. Dentro da comunidade científica Stephen Hawking marcou seu lugar como um dos maiores pesquisadores de buracos negros ao modelar as propriedades físicas que esses corpos poderiam ter. Em 1974 Hawking teorizou que os buracos negros podem emitir radiação devido aos efeitos quânticos, esse fenômeno ficou conhecido como Radiação de Hawking, em sua homenagem. A teoria pontua que essa radiação permite que os buracos negros percam massa, portanto, aqueles que perdem mais matéria do que ganham são capazes de encolher até desaparecer completamente.

Em 74, Hawking também divulgou que, com o desaparecimento do buraco negro, toda a informação sobre o estado físico de objetos que caiam ali era destruída. Entretanto essa constatação gerou um paradoxo. Do ponto de vista da relatividade geral era possível, porém impossível a partir da física quântica, na qual um dos princípios indica que o estado quântico de um objeto pode ser rastreado em qualquer tempo, tornando-o impossível de ser destruído. Assim, em 2015, em um de seus últimos trabalhos, o físico propôs que as informações dos objetos não são armazenadas no interior dos buracos negros e sim na sua borda, em um espaço conhecido como “horizonte de eventos”.

Stephen Hawking também nunca deixou de lado a divulgação científica, tendo escrito inúmeros livros nos quais explorava e explicava temas complexos como a teoria da relatividade, física quântica, buracos negros, distorções espaciais, entre muitos outros elementos ainda abstratos no imaginário comum. Sua capacidade de transmitir informação complexa de forma clara e didática foi a responsável por torná-lo uma figura importante e conhecida entre todos aqueles que gostam de ciência e não são especialistas. Ele também é responsável por conquistar o interesse e a admiração de muitos outros, que se sentiram fascinados em serem capazes de entender pelo menos mais um pouquinho sobre alguns dos mistérios que cercam nosso universo.

Entre seus livros mais conhecidos está o “Uma Breve História do Tempo”, que já em seu título apresenta um trocadilho para mostrar o forte senso de humor que marcava o cientista. Lançado em 1988, Hawking explora perguntas feitas, provavelmente, por grande parte da população do planeta como: Qual é a origem do universo? Existe um começo e um fim do tempo? O que vai acontecer quando tudo acabar? Junto com o leitor, ele percorre um caminho que vai desde o entendimento do micro, falando sobre partículas como quarks, que são infimamente pequenas, até o macro, para explicar o que rege os movimentos de galáxias e estrelas.

Em 2001 o físico lançou “O Universo em Uma Casca de Noz” no qual ele volta a explicar temas da física teórica se sustentando em seu bom-humor e em analogias com objetos do nosso cotidiano para facilitar a compreensão. Nele, Hawking discute a origem do universo, a existência da vida em outras galáxias, além de abordar teorias sobre nosso próprio futuro em relação a tecnologia e biologia.

Desde o anúncio de sua morte, pessoas e instituições ao redor do mundo lamentam a perda. A NASA postou no Twitter: “Suas teorias abriram um universo de possibilidade que nós e o mundo estamos explorando. Que você continue voando como o Super-Homem na microgravidade, como você disse aos astronautas na Estação Espacial em 2014”.

Remembering Stephen Hawking, a renowned physicist and ambassador of science. His theories unlocked a universe of possibilities that we & the world are exploring. May you keep flying like superman in microgravity, as you said to astronauts on @Space_Station in 2014 pic.twitter.com/FeR4fd2zZ5

— NASA (@NASA) 14 de março de 2018

Além da agência espacial, Theresa May, primeira ministra britânica, a Universidade de Cambridge e Neil deGrasse Tyson, outro divulgador científico importante que recentemente apresentou a refilmagem da série de divulgação Cosmos, anteriormente realizada por Carl Sagan, lamentaram sua morte publicamente. Stephen Hawking é, sem dúvidas, um nome muito querido por todos aqueles que tiveram a oportunidade de conhecer sua trajetória e seu trabalho. Seu bom-humor, inteligência e dedicação para tornar a ciência um bem para todos fará muita falta.