Uma Nova Janela para o Universo
Olá leitor!
Segue abaixo um artigo postado hoje (06/02) no site da
“Agência FAPESP” destacando o Projeto Temático “Nova Física no Espaço: Ondas
Gravitacionais”, projeto este apoiado pela FAPESP que pode abrir uma nova
janela para o Universo.
Duda Falcão
Especiais
Uma Nova Janela para o Universo
Por José Tadeu Arantes
06/02/2013
Com o aperfeiçoamento do
detector Mario Schenberg e a
participação criativa no
norte-americano aLIGO,
pesquisadores brasileiros
esperam inserir o país na
era da "astronomia
gravitacional" (NASA)
|
Agência
FAPESP – “Abrir
uma nova janela para o Universo”: é esta expectativa, saudavelmente imodesta,
que anima o Projeto Temático “Nova física no espaço: ondas gravitacionais”, apoiado
pela FAPESP.
Para abrir
essa janela, o projeto, coordenado por Odylio Denys de Aguiar, pesquisador
titular do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e pesquisador
colaborador da Universidade de São Paulo (USP), conta com duas chaves
poderosas: o detector brasileiro Mario Schenberg e a participação criativa no
detector norte-americano aLIGO (Advanced Laser Interferometer
Gravitational-Wave Observatory).
O detector
Mario Schenberg consiste em um aparato cujo principal componente é uma esfera
de cobre-alumíno de mais de uma tonelada, resfriada, por meio de hélio líquido,
a poucos centésimos de grau acima do zero absoluto. Nessa temperatura,
praticamente cessa toda a agitação atômica, possibilitando que as fraquíssimas
ondas gravitacionais sejam observadas sem a indesejável interferência do “ruído
térmico”.
Já o aLIGO
(um aperfeiçoamento do projeto LIGO) é, basicamente, um interferômetro laser,
que detecta a passagem da onda gravitacional pelo movimento oscilatório
relativo que ela provoca em espelhos separados entre si por quatro quilômetros
de distância.
Se o
surgimento da radioastronomia, na década de 1930, permitiu a descoberta de
objetos que haviam escapado, durante milênios, à observação óptica convencional
(a olho nu ou por telescópios), e o desenvolvimento posterior das pesquisas
ampliou extraordinariamente o acervo de dados, acessando fontes cósmicas que
emitem radiação em outras faixas de espectro eletromagnético além do rádio e da
luz visível (micro-ondas, infravermelha, ultravioleta, raios X e raios gama), o
estudo em pauta possui meta ainda mais ambiciosa: extrapolar a bitola eletromagnética
e estudar o universo a partir de outro tipo de interação, a gravitacional.
“Em vários
eventos da natureza, parte ou a totalidade das ondas eletromagnéticas
produzidas não conseguem atravessar as camadas de matéria ou vencer os intensos
campos de força e chegar até nós. Isso ocorre nas explosões de supernovas, em
choques de objetos ultramaciços como buracos negros e estrelas de nêutrons e
também em relação ao universo primordial”, disse Aguiar à Agência FAPESP.
“Porém as
ondas gravitacionais, por interagirem muito fracamente com o meio material,
conseguem atravessar altas concentrações de matéria (com densidades semelhantes
às dos núcleos atômicos, por exemplo), sem serem absorvidas”, prosseguiu o
pesquisador.
Por isso, a
“astronomia gravitacional” ampliaria radicalmente as possibilidades da pesquisa
científica. Fenômenos que sempre se esgueiraram da detecção eletromagnética
poderiam ser observados pela detecção gravitacional.
Na
investigação do cosmo primordial, a perspectiva é nada menos do que recuar de
quando o Universo possuía já 300 mil anos de existência para os primeiros
infinitésimos de segundo após o Big Bang – isto é, “enxergar” o Universo no
instante mesmo de seu nascimento.
O Bê-á-Bá do
Experimento
Para
entender como a janela poderá ser aberta é preciso considerar o bê-á-bá da
física envolvida nos experimentos. Assim como a interação eletromagnética, a
interação gravitacional pode ser representada por meio de uma onda, que viaja
no espaço com a velocidade da luz. E, como qualquer onda, a gravitacional
também é descrita por grandezas como o “comprimento de onda” (a distância entre
dois picos consecutivos) e a “amplitude” (a distância entre o pico e a linha
média da onda).
“A
peculiaridade é que a onda gravitacional é muito longa na direção longitudinal
e incrivelmente pequena na direção transversal”, disse Aguiar. Vale dizer que
ela possui um comprimento de onda muito grande e uma amplitude diminuta.
“Na
frequência de 100 hertz (100 Hz ou 100 ciclos por segundo), seu comprimento de
onda alcança 3 mil quilômetros. E como ela viaja na velocidade da luz (300 mil
quilômetros por segundo) percorre essa distância, perfazendo um ciclo, em
apenas um centésimo de segundo”, explicou o pesquisador.
“Sua
amplitude, porém, é tão pequena que mesmo um ‘tsunami’ de ondas gravitacionais
teria, transversalmente, uma cota menor do que o diâmetro de um próton”, disse
Aguiar.
O efeito que
a onda gravitacional produziria, no entanto, se dá justamente na direção
transversal ao seu movimento. A suposição é a de que, ao atravessar um corpo
maciço, ela provoque movimentos transversais nos átomos que o constituem, ao
transferir parte de sua energia ao corpo.
“Como esses
movimentos são muito pequenos, é um grande desafio perceber os efeitos da onda
gravitacional. Na técnica das massas ressonantes (utilizada no ‘Mario
Schenberg’), o objetivo é detectar o movimento oscilatório provocado na
estrutura cristalina da esfera pela passagem da onda. Uma vez produzida a
oscilação, esta poderia ser percebida por meio de um transdutor muito
sensível”, explicou Aguiar.
“Na técnica
alternativa da interferometria laser, como a do projeto norte-americano aLIGO,
com o qual estamos colaborando, a suposição é a de que, ao passar, a onda
produza um movimento oscilatório relativo nos espelhos, que poderia ser
percebido por meio do fenômeno da interferência”, acrescentou.
Primeira Detecção
Iniciado em
2007 e com conclusão prevista para este ano, o Projeto Temático “Nova física no
espaço: ondas gravitacionais” dá continuidade a outro, de 2000 a 2007, que
resultou na construção do detector Mario Schenberg. Os pesquisadores estão,
agora, trabalhando no melhoramento da antena, buscando obter sensibilidades
semelhantes às dos detectores já em operação em outros países.
“Os
resultados obtidos até o momento foram melhorias de engenharia, como
osciladores de ultrabaixo ruído de fase e outros. Paralelamente, estamos
trabalhando no desenvolvimento de subsistemas de isolamento vibracional para o
Advanced LIGO, uma contribuição nossa ao projeto norte-americano”, informou
Aguiar.
Segundo o
pesquisador, “ainda há muito chão a percorrer, no caso do detector brasileiro,
antes que se consiga a primeira detecção de uma onda gravitacional”.
Já o
detector norte-americano encontra-se em fase bem mais avançada. “O aLIGO beneficiou-se
de uma verba 600 vezes maior do que a do Mario Schenberg. E, enquanto a equipe
brasileira conta com cerca de 30 pesquisadores, muitos dos quais dão ao projeto
uma contribuição puramente teórica, a equipe multinacional mobilizada pelo
aLIGO chega a quase mil pequisadores”, disse Aguiar.
Por meio do
aLIGO, que entrará em operação comissionada em 2014, a “astronomia
gravitacional” talvez esteja prestes a se tornar uma disciplina efetiva, como
as astronomias eletromagnéticas, capazes não apenas de detectar o sinal, mas
também de identificar a “assinatura” impressa nele pela fonte emissora.
Com
sensibilidade dez vezes maior em amplitude de onda do que a versão anterior
(LIGO), quando o aLIGO estiver funcionando em “modo científico”, ou seja, com a
sensibilidade projetada, ele poderá observar um volume da região local do
Universo em torno da Terra mil vezes maior, aumentando, nesse mesmo fator, a
taxa de ocorrência dos eventos. Um evento que levaria 50 anos para ser
detectado pelo LIGO poderia ser detectado em menos de um mês pelo aLIGO.
“A
contribuição que o detector Mario Schenberg poderá dar é na determinação da
direção da onda (de onde ela vem) e da sua polarização (algo como o formato da
onda no espaço), que diz muito sobre como as coisas estão ocorrendo na sua
fonte emissora”, precisou Aguiar.
“Isso tudo
utilizando uma técnica diferente daquela da interferometria, ou seja,
baseando-se em outro princípio físico de detecção (o de absorção da energia da
onda), que pode complementar o nosso conhecimento sobre as ondas
gravitacionais”, disse.
Segundo
Aguiar, há carência de estudantes para o desenvolvimento de trabalho
experimental. “Precisamos do maior número possível deles para percorrer este
caminho com maior rapidez”, disse – uma convocação que não poderá deixar de
sensibilizar os jovens que sonham em associar suas trajetórias científicas ao
desvendamento dos grandes mistérios do Universo.
Fonte: Site da Agência FAPESP
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