O que são as Ondas Gravitacionais?

Simulação de computador mostra dois buracos negros em fusão. Esse evento produz ondas gravitacionais.
Crédito: Werner Benger

Neste vídeo vamos entender o que é uma onda gravitacional.

A melhor maneira de começarmos a entender as ondas gravitacionais é voltarmos um pouco no passado.
No ano de 1687, Isaac Newton publica o seu famoso livro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, conhecido como Principia. Nesse livro ele apresenta ao mundo a força gravitacional que atrai duas massas. A força rapidamente é aplicada para explicar, por exemplo, a atração entre a Terra e a Lua, o Sol e os planetas. Contudo, ele nunca conseguiu explicar a natureza de como essa força é transmitida.
De facto, a lei da gravitação nunca foi testada, até ao ano de 1798 quando o cientista britânico Henry Cavendish mediu a densidade da Terra usando a gravimetria, ou melhor o que viria a ser a gravimetria.
A gravidade de Newton conseguia explicar muitos fenômenos, mas não tudo.
Até que em 1916, Albert Einstein na sua Teoria Geral da Relatividade apresenta ao mundo uma nova maneira de pensar sobre o espaço, o tempo e a gravidade. Para Einstein, a gravidade passa a ser a distorção causada pelos objetos com uma determinada massa no chamado tecido do espaço-tempo. Tudo no universo, estando em movimento, se movimenta por esse tecido, sendo que objetos com maior massa distorcem mais o tecido e objetos com menor massa distorcem menos. Existem inúmeras analogias que são feitas para entender isso, esticando um tecido e colocando bolas com diferentes massas, ou crianças com diferentes massas numa cama elástica. Se você entender essa analogia tem o básico que precisa saber para a gravidade de Einstein.

Uma onda gravitacional, então, nada mais é do que uma ondulação, criada nesse tecido do espaço-tempo.

Só que aqui temos alguns problemas: qualquer objeto causa uma ondulação no tecido do espaço-tempo, porém essa ondulação desaparece rapidamente em relação à distância da fonte. Portanto, para que essa ondulação seja detectada aqui na Terra, é preciso ocorrer um evento extremo.

Entre os objetos conhecidos, os mais densos, mais compactos, são as estrelas de nêutrons e os buracos negros. Ou seja, um choque desses objetos seria capaz de chacoalhar o tecido do espaço-tempo e as ondulações ainda perdurarem até serem detectadas na Terra.

Só para termos uma ideia de escala: dois buracos negros com 10 vezes a massa do Sol ao colidirem geram uma distorção equivalente a 1% do diâmetro de um átomo quando chega na Terra. Isso causa uma variação de 1 .10^-12 m no diâmetro da Terra; como comparação, a maré chega a causar uma variação de 1 metro.

A questão crucial é que as ondas gravitacionais podem revelar os segredos mais bem guardados do universo: ajudar a detectar buracos negros de massa estelar e provar sua existência, estudar a característica desses buracos negros, mostrar que as explosões de raios-gama são geradas pela fusão de estrelas de nêutrons, mostrar que os elementos pesados como ouro, plutônio, urânio, platina são gerados nessa colisão, ajudar a entender a estrutura das estrelas de nêutrons e dos buracos negros de massa estelar, etc.

Atualmente, os nossos detectores só podem “ouvir” as ondas gravitacionais geradas pela colisão de buracos negros de massa estelar e de estrelas de nêutrons, mas em breve teremos instrumentos que poderão detectar a fusão de buracos negros supermassivos e quem sabe detectar o evento mais extremo do universo: a explosão que deu origem a tudo, o Big Bang.

Fonte: The Conversation