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Explosão espacial. Que onda é essa?

Físicos do mundo todo se aprontam para pegar as ondas de gravidade, que nascem nas explosões do Cosmo e avançam entortando planetas e qualquer coisa à sua frente.

Flávio Dieguez

Na Via Láctea, a cada trinta anos, pelo menos uma estrela monumental, milhares de vezes maior que o Sol, fica sem combustível. Então ela implode, desabando sobre si mesma num desastre indescritível, e vira uma supernova. A luz é tanta que por um instante ofusca os outros 200 bilhões de sóis da Galáxia. Mais violenta ainda é uma outra inundação de energia provocada pela implosão da estrela, que os físicos conhecem pelo nome de onda gravitacional. Ela anda ao lado da onda de luz, mas é de natureza totalmente diversa, pois representa uma vibração do próprio espaço. À medida que passa, engorda ou afina planetas, estrelas e qualquer outra coisa.

O problema é que o efeito de uma onda gravitacional, apesar de ser carregado de energia, é muito difícil de registrar, pois produz alterações muito sutis. Para você ter uma idéia, se uma delas passar por aqui, a distância entre a Terra e o Sol, que é de 150 milhões de quilômetros, vai mudar muito menos do que o diâmetro de um átomo! Por isso, embora já tenha registrado diversas supernovas, a Astronomia continua perseguindo o sonho de capturar sua primeira onda gravitacional. Mas os cientistas se animam cada vez mais. “Estamos nos preparando para detectar vibrações do espaço vindas de qualquer direção do céu”, disse à SUPER o físico Odylio Aguiar, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, o Inpe, de São José dos Campos, no Estado de São Paulo.

Autor de um projeto para construir um detector de última geração, que deve ser aprovado ainda este ano, Aguiar conta que existem planos semelhantes no mundo inteiro, da Rússia à Holanda, da Austrália aos Estados Unidos. O detector brasileiro, somando seus resultados aos de vários grupos internacionais, pode ajudar a humanidade a ver, pela primeira vez, uma imagem do Universo que só as ondas de gravidade podem revelar.

As partículas furam seu corpo e você nem vê

Pense bem: você acredita mesmo que a Terra atrai a Lua sem estar presa a ela por algum tipo de corda ou de elástico? Será que é mesmo possível puxar ou empurrar um objeto sem realmente encostar nele de algum jeito? Se você desconfia dessa idéia meio marota, e tem vergonha de confessar, saiba que foi duvidando dela que o alemão Albert Einstein previu a existência das ondas gravitacionais em 1915.

Mas vamos devagar com isso. Seguindo o raciocínio do gênio, ele inicialmente resolveu que, para o planeta fazer força sobre seu satélite, os dois teriam que se “tocar” de um modo ou de outro. Depois, ele mostrou que os contatos podiam ser feitos por meio de partículas – como se um planeta jogasse pedras no outro o tempo todo. São essas partículas, os grávitons, que formam as ondas gravitacionais, mais ou menos como o movimento da massa de água nos oceanos cria as ondas do mar.

Imagine, então, que o Universo está imerso num oceano de grávitons, infinitas partículas voando de um lado para outro, transmitindo força gravitacional entre todos os planetas, estrelas e galáxias. Normalmente, esse oceano está calmo porque a revoada prossegue sem perturbação. Mas volta e meia a calmaria dá lugar à desordem: se uma estrela gigante explode, desarranja o movimento das partículas e o distúrbio se espalha pelo Cosmo com a velocidade da luz. É a onda gravitacional. Com a distância, o efeito fica mais fraco, o que explica, em parte, a trabalheira dos físicos para detectar os maremotos cósmicos.

Outro problema sério é que nada é mais parecido com um fantasma do que os grávitons: eles atravessam qualquer coisa praticamente sem deixar pistas. Cada um de nós é testemunha disso, pois o peso medido na balança é uma força gravitacional e, portanto, surge da troca de grávitons entre nosso corpo e a Terra. Apesar disso, ninguém sente os grávitons deslizando pelas canelas. Então, como flagrá-los passeando por aí?

O jeito é mesmo surpreender uma onda enorme, um vagalhão de grávitons. Vários detectores estão sendo construídos para registrar a capacidade das ondas de cruzar o Cosmo distorcendo as distâncias, assim como o tamanho e a forma de tudo o que encontram. A alteração ocorre em escala subatômica, mesmo na crista de um vagalhão. Mas, com as novas tecnologias, nem fantasmas vão escapar (veja as ilustrações abaixo e na página ao lado).

Hora de cruzar a fronteira do desconhecido

Ao estudar as ondas gravitacionais, os físicos começam a cruzar a fronteira do mundo conhecido para inaugurar uma nova era de descobrimentos. Não dá para dizer o que vão encontrar. Mas é possível ter uma idéia a partir das fontes dos maremotos de gravidade. Eles nascem nos mais violentos e extraordinários cenários do Universo e sobre os quais as dúvidas se amontoam. Aí se incluem explosões de astros gigantes, estrelas superdensas girando a altíssima velocidade ou a formação de buracos negros, que representam concentrações de matéria no limiar do possível (veja a tabela na página ao lado).

A expectativa para o futuro próximo é aprender a construir telescópios de ondas gravitacionais. Imagine só. Desde a época de Galileu, no século XVI, as únicas mensageiras com que a Astronomia pode contar é a luz visível e as outras formas de radiação luminosa, como as ondas de rádio, os raios infravermelho ou os raios X. Junto a esse time, as ondas gravitacionais teriam papel inigualável, já que trazem informação do coração dos astros, enquanto a luz é superficial. Os astrônomos esperam descobrir o que acontece no miolo de uma estrela gigante ao explodir, ou como a matéria se comporta ao ser esmagada até o limite na formação de um buraco negro.

Um outro tipo de dúvida tem a ver com as partículas que transmitem a força da gravidade, que são os grávitons. Deduzidos teoricamente por Einstein, não está muito claro como devem se comportar na prática. Sabe-se que têm parentesco com as partículas de luz, os fótons: ambos servem para levar força de um corpo a outro. A especialidade dos fótons é a força eletromagnética; a dos grávitons, a força gravitacional.

Aí existe um paralelo promissor, pois a força eletromagnética é a base de tecnologias simplesmente sensacionais, como o telefone, o rádio e os computadores. Como nada disso passava pela cabeça do alemão Heinrich Hertz, que foi o primeiro a observar uma onda de energia eletromagnética em 1896, fica a vontade de adivinhar as delirantes tecnologias esperando para ser inventadas a partir das ondas de gravidade. Mesmo sem querer bancar o vidente, Odylio Aguiar tem uma certeza: “Os cientistas que hoje procuram ondas gravitacionais são os Hertz do futuro”.

PARA SABER MAIS:

O Universo de Einstein, Nigel Calder, Editora Universidade de Brasília, Brasília, 1988.

Einstein Estava Certo?, Cliford Will, Editora Universidade de Brasília, Brasília, 1996.

Na ponta da régua de laser

Veja como funciona um tipo de detector de oscilação da gravidade

1 – Dois feixes de laser percorrem uma distância fixa de 4 quilômetros dentro dos tubos de metal.

2 – Onde os tubos se encontram, a luz dos feixes combinados cria uma imagem.

3 – A passagem da onda fica registrada porque muda o tamanho de um dos tubos e isso distorce a imagem.

Trinta e oito toneladas de vibração

O detector brasileiro é uma bola de alumínio resfriada a menos 273,1 graus Celsius, quase o zero absoluto.

1 – Sistema de refrigeração. A baixa temperatura, 100 vezes inferior à do hélio líquido, elimina quase todas as vibrações térmicas que poderiam esconder o efeito de uma possível onda gravitacional. O detector custa 7 milhões de dólares (os instrumentos a laser não saem por menos de 300 milhões). Apesar de barato, ele é de última geração, oitenta vezes mais preciso que seus antecessores.

2 – Sensores eletromecânicos pegam oscilações até 1 milhão de vezes menores que um elétron.

3 – Para aumentar a sensibilidade, os sensores são feitos de fios supercondutores que perdem praticamente toda a resistência elétrica sob frio intenso.

4 – Com 3 metros de diâmetro e 38 toneladas, a bola de alumínio fica suspensa por fios e vai vibrar como um sino se for atravessada por uma onda de gravidade.

5 – O detector custa 7 milhões de dólares (os instrumentos a laser não saem por menos de 300 milhões). Apesar de barato, ele é de última geração, oitenta vezes mais preciso que seus antecessores.

Delírios do passado e do futuro

A perseguição às ondas gravitacionais é feita só pelo bem da ciência, devido a uma necessidade do ser humano de descobrir mais sobre o mundo que habita. Mas é inevitável pensar nas tecnologias que podem nascer depois que aprendermos a manipular esse gênero de radiação. A primeira coisa que vem à mente é jogar uma onda de gravidade contra outra para anular o peso de qualquer coisa! Isso mesmo: poderemos ter guindastes de antigravidade ou aparelhos de levitação pessoal. Camas e cadeiras invisíveis, elevadores sem cabo e trens voadores. Evidente que não vai ser já. Nem depois de amanhã. Mas nossos bisnetos podem vir a achar tudo isso muito natural. Assim como já não achamos nada demais mexer nesse delírio do passado que hoje é o computador.

Assim nascem as tremedeiras do Cosmo

Aprenda a distinguir a forma das ondas e suas fontes mais importantes.

Buraco Negro

É formado durante a explosão de um astro muito denso. Cria ondas de grande amplitude e baixa frequência.

Supernova

A implosão de uma estrela gigante, cujo núcleo vira uma estrela de nêutrons. Gera ondas de amplitude média e alta frequência.

Estrelas de nêutrons em colisão

Feitas de núcleos atômicos, elas acabam colidindo. O maremoto é de baixa amplitude e alta frequência.

Estrela de nêutrons em rotação

Ela é superdensa e gira em altíssima velocidade. Vibrações têm amplitude muito pequena e alta frequência.

Estrelas binárias

A dupla lembra um carrossel celeste. Oscilações de amplitude média e baixa frequência.

Anã branca em rotação

Um astro miúdo e denso, em final de carreira. Fazem marolas de pequena amplitude e frequência média.

O tamanho da deformação

Se uma onda média passar aqui, ela vai reduzir a distância do Sol à estrela Alfa do Centauro, que é de 40 trilhões de quilômetros, em 1 milésimo de milímetro. Mesmo assim, os detectores captam a diferença.