Como as ondas gravitacionais podem revolucionar a astronomia

Na esteira do anúncio histórico da semana passada da descoberta das ondas gravitacionais pelo Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), o físico britânico e teórico de buracos negros Stephen Hawking foi rápido em parabenizar a colaboração liderada pelos Estados Unidos, compartilhando seu entusiasmo pela histórica notícia para a astronomia.

“Estes resultados confirmam várias previsões muito importantes da teoria da relatividade geral de Einstein”, disse Hawking em uma entrevista à BBC. “Ela confirma a existência de ondas gravitacionais diretamente”.

Como é evidente, a detecção direta destas ondulações no espaço-tempo não só confirma a famosa teoria da relatividade geral de Einstein, mas também abre nossos olhos para um universo anteriormente “obscuro”. A astronomia usa o espectro electromagnético (como a luz visível, raios-X, infravermelho) para estudar o universo, mas os objetos que não irradiam no espectro eletromagnético passam despercebidos. Agora que sabemos como detectar ondas gravitacionais, pode haver uma mudança de paradigma na forma como detectar e estudar alguns dos fenômenos cósmicos mais energéticos.

“As ondas gravitacionais fornecem uma maneira completamente nova de olhar o universo”, disse Hawking. “A capacidade de detectá-las tem o potencial de revolucionar a astronomia”.

Evidência observacional

Usando as estações gêmeas de observação do LIGO, localizadas na Louisiana e em Washington, nos EUA, os físicos não só detectaram ondas gravitacionais; as ondas gravitacionais que foram detectadas tinham um sinal muito claro que estava estreitamente alinhado a modelos teóricos de uma fusão entre buracos negros a cerca de 1,3 bilhões de anos-luz de distância. A partir da análise inicial do sinal de fusão de buracos negros, Hawking percebeu que o sistema parece alinhar-se com as teorias que ele desenvolveu na década de 1970.

“Esta descoberta é a primeira detecção de um sistema binário de buracos negros e a primeira observação de buracos negros em uma fusão”, disse ele. “As propriedades observadas deste sistema são consistentes com as previsões sobre os buracos negros que eu fiz em 1970 aqui em Cambridge”, apontou.

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Hawking talvez seja mais conhecido por seu trabalho que une teoria quântica com a física dos buracos negros, percebendo que os buracos negros evaporam ao longo do tempo, levando à sua participação no fascinante “Paradoxo Firewall”, que continua a ressoar em toda a comunidade física teórica. Mas aqui ele se refere ao seu teorema da área do buraco negro, que constitui a base da “segunda lei” da mecânica do buraco negro. Esta lei estabelece que a entropia, ou o nível de desorganização da informação, não pode diminuir dentro de um sistema de buraco negro ao longo do tempo. Uma consequência disto é que quando dois buracos negros entram em fusão, como o evento de 14 de setembro, a área dos horizontes de eventos combinados “é maior do que a soma das áreas dos buracos negros iniciais”. Além disso, Hawking ressalta que esse sinal de onda gravitacional parece estar de acordo com as previsões com base no “teorema da calvície” dos buracos negros, o que significa, basicamente, que um buraco negro pode ser simplesmente descrito por seu momento angular, massa e carga.

Os detalhes por trás de como esse primeiro sinal de ondas gravitacionais de uma fusão entre buracos negros concorda com a teoria são complexos, mas é interessante saber que esta primeira detecção já permitiu que os físicos confirmem teorias com décadas de idade e que, até agora, tinham pouca ou nenhuma evidência observacional.

Enigma do crescimento

“Esta descoberta apresenta ainda um enigma para os astrofísicos”, disse Hawking. “A massa de cada um dos buracos negros é maior do que o esperado para aqueles formados pelo colapso gravitacional de uma estrela – então como é que ambos os buracos negros se tornaram tão grandes?”.

Esta questão toca em um dos maiores mistérios da astronomia que cercam a evolução dos buracos negros. Atualmente, os astrônomos estão tendo dificuldades em compreender como os buracos negros crescem e ficam tão grandes. Em um extremo da escala, há buracos negros com “massa estelar” que se formam imediatamente após uma estrela massiva se tornar uma supernova, e também temos uma abundância de evidências para a existência dos buracos negros gigantes e supermassivos que vivem nos centros da maioria das galáxias. Há uma desconexão, no entanto.

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Se os buracos negros crescem através da fusão e do consumo de matéria estelar, deveria haver evidência de buracos negros de todos os tamanhos. Mas buracos negros de massa “intermediária” e buracos negros com algumas dezenas de massas solares são surpreendentemente raros, o que coloca algumas teorias da evolução dos buracos negros em dúvida.

Com a detecção das ondas gravitacionais veio a constatação de que uma fusão binária entre buracos negros as causou. Dois buracos negros, pesando 29 e 36 massas solares, colidiram e se fundiram em um só, gerando um sinal de onda gravitacional muito claro. Mas, como apontado por Hawking, como buracos negros desta massa específica vieram a existir poderia fornecer algumas pistas de como os buracos negros crescem. [Space.com]

Fonte: hypescience.com