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Vamos explicar os segredos universais a partir de uma chávena de café

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UNIVERSO. Simulação em computador da colisão de dois buracos negros

REUTERS/CALTECH/MIT/LIGO

Num pacato dia de setembro, sem que o resto do mundo suspeitasse, um pequeno grupo de pessoas viu-se de repente na posse de uma informação até ao momento nunca confirmada sobre o Universo. Durante cinco meses, o segredo manteve-se bem guardado, até que foi agora finalmente revelado. Os dados da descoberta das ondas gravitacionais vão mudar toda a forma como olhamos para o Cosmos. Mas porquê? E o que é isto das ondas gravitacionais? E porque está o mundo inteiro tão fascinado? Vamos a isto - e saberá então porque andávamos surdos

Há dias em que uma pessoa tira um café e vai sentar-se à sua secretária no trabalho e nada muda no mundo. As rotinas são as mesmas, o computador demora mais ou menos tempo a arrancar, alguém se esqueceu novamente de recarregar as folhas da impressora e ainda falta uma eternidade para chegar ao fim de semana. E depois há dias, infinitamente mais raros, daqueles que possivelmente acontecem uma vez na vida ou que nunca chegam mesmo a acontecer, em que uma pessoa tira um café e momentos depois o Universo faz magia. Esse dia foi o 14 de setembro de 2015 para David Reitze e um punhado de outros cientistas. Um dia que a própria Humanidade aguardava há cem anos (mesmo que quase toda a Humanidade não soubesse que andava a aguardar por isto).

Reitze é físico e é o diretor executivo do LIGO, mais uma daquelas siglas científicas que 99,9% das pessoas não fazem ideia do que é que representa (já agora, é o acrónimo de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, o que, na realidade, não ajuda nada a explicar à maioria das pessoas que coisa é esta e o que anda a fazer...). Certo é que ele e os outros investigadores andavam há cinco meses a guardar um segredo. Esta quinta-feira, 11 de fevereiro, apareceram num auditório cheio de pessoas em Washington para fazer um anúncio. Tinham todos um sorriso rasgado mesmo antes de alguém abrir a boca e o próprio Reizer parecia sorrir até com os próprios olhos, com aquela expressão malandra de alguém que está a pensar “eu vou dizer algo que daqui a pouco vos irá sobressaltar e espantar”.

Passados alguns segundos surge o anúncio. David toma a palavra: “Senhoras e senhores, nós detetámos ondas gravitacionais. Conseguimos”. A plateia aplaude efusivamente, porque é igualmente constituída por cientistas. Mas o mais provável é que qualquer pessoa comum fique a pensar: “E então, qual é a excitação?”. Afinal, o que é isso das “ondas gravitacionais”? Para explicar isso é preciso recuar uns 100 anos a um tipo que pensou fora da caixa. Mas muito fora da caixa.

David Reitze, diretor executivo da LIGO, anuncia a descoberta das ondas gravitacionais

David Reitze, diretor executivo da LIGO, anuncia a descoberta das ondas gravitacionais

SHAWN THEW

Todos já ouviram falar de Einstein e a "Teoria da Relatividade Geral", mesmo que possam não compreender totalmente as implicações dessa teoria. Einstein propunha uma outra concepção do Universo daquela que era aceite até aí: entre outras coisas, que o espaço e o tempo estão ligados e que o Universo está longe de ser uma estrutura fixa, mas que pode ser distorcida. As “ondas gravitacionais” são a última previsão desta teoria que nunca tinha sido confirmada. Mas que ondas são estas?

Imaginemos que Reitze põe adoçante naquele seu café. Ao deixá-lo cair dentro da chávena, o adoçante provoca pequenas ondas na superficie do café, tal como uma pedra que cai num lago provoca ondinhas que se propagam na água. O mesmo acontece com todo o Universo, de forma imperceptível para quem está aqui na terra. “Qualquer movimento brusco gera ondas gravitacionais. Eu estou a andar e estou a gerar ondas, mas elas são tão diminutas que é impossível detetar. Para serem medidas têm de ser produzidas com uma amplitude muito grande, e para isso é preciso termos corpos gigantescos, com muita massa, e que se movam a velocidades estonteantes”, explica ao Expresso Vítor Cardoso, investigador do CENTRA (Centro Multidisciplinar de Astrofisica) e que tem precisamente como uma das áreas de investigação as ondas gravitacionais. E que corpos existem que têm capacidade para gerar uma perturbação assim tão grande no tecido universal? Buracos negros, por exemplo.

Recuemos 1,3 mil milhões de anos (isso, nem sequer existia Humanidade, nem sequer cafés): dois gigantescos buracos negros colidem um contra o outro, distorcendo o espaço à sua volta e criando um conjunto de ondas neste grande “lago” que é o Universo. Qualquer coisa como o que poderá na seguinte animação:

Ora isto aconteceu há mais de mil milhões de anos, mas foi tão tão distante de nós que só agora a onda provocada por este cataclismo cósmico chegou cá. E, mesmo assim, já chegou mesmo muito fraquinha. Porque, à semelhança das ondas provocadas pela pedra no lago, também estas vão perdendo intensidade à medida que se vão propagando.

Mas porque é que apenas agora, cem anos depois da previsão de Einstein, conseguimos detetar isto? Deixemos a analogia do lago e passemos para a praia. “É como pensar no mar. Por norma está mais ou menos calmo, mas de vez em quando há ondas gigantescas”, diz Vítor Cardoso. “Por sorte nossa, estamos numa zona de praia universal mais ou menos calma e quando chegam cá as ondas são muito baixas. Noutros pontos do universo há zonas onde passam ondas gravitacionais com enorme amplitude, que distorcem tudo à sua passagem.”

Assim, as ondas gravitacionais estão sempre a passar pela terra e a distorcer o espaço e toda a matéria - e quando isso acontece, até nós ficamos por momentos mais altos ou mais baixos. Só que a variação é tão ínfima que, além de obviamente nunca poder ser visível a olho nu, os cientistas nunca tinham conseguido construir um instrumento que fosse tão preciso que conseguisse detetar essas variações tão pequenas, mil vezes mais pequenas do que um protão. Nunca, até agora...

É aqui que entra o LIGO. Basicamente, a experiência é constituida por dois observatórios, separados por 4 mil quilómetros de distância, situados em extremos opostos dos Estados Unidos: um no estado do Louisiana, outro no estado de Washington. Há uma terceira experiência semelhante na Europa, perto da cidade italiana de Pisa. Todos os centros têm a mesma forma: são dois braços em “L”, cada um constituído por uma espécie de tubo com 4 quilómetros de comprimento dentro do qual qual passa um raio lazer que, quando chega ao final do tubo, é refletido por um espelho. Pode ser difícil de explicar em poucas palavras a ciência por trás disto, mas digamos apenas que se trata do instrumento de medição mais preciso que o homem alguma vez conseguiu construir. No fundo, os cientistas conseguem medir o “esticar e encolher” dos tubos provocado pela distorção do espaço que uma onda gravitacional traz consigo. Para perceber melhor como funciona o LIGO, veja a animação seguinte.

A 14 de setembro do ano passado, o observatório situado no Louisiana detetou uma ligeira variação. Apenas sete milionésimos de segundo depois, o mesmo aconteceu no observatório situado no estado de Washington. O padrão era idêntico. Isso indicava que uma onda gravitacional tinha acabado de passar pela terra. Mas porque é que os cientistas guardaram segredo e demoraram cinco meses para fazer o grande anúncio? Porque tiveram de despistar primeiro todas as outras hipóteses possíveis e todas as possíveis interferências que pudessem estar a deturpar aquele resultado. E tanto em Hanford (Washington ) como em Livingston (Louisiana), a leitura da onda era exatamente igual. E audível. Quer ouvir dois buracos negros que chocaram um contra o outro há mais de mil milhões de anos?

Surdos para o Universo

“Até agora, a Humanidade estava surda para o Universo. Mas agora o Universo falou e finalmente conseguimos ouvir.” Foi uma das frases que se ouviu dos investigadores durante o anúncio histórico de que, finalmente, tinha sido possível detetar ondas gravitacionais. É como se até agora a astronomia tivesse apenas olhos e finalmente tivesse adquirido ouvidos.

Essa é uma analogia muito bonita mas, afinal de contas, o que quer dizer? Até ao momento, olhávamos para o Universo com os telescópios convencionais, que se baseiam na luz eletromagnética. Mas, a partir de agora, os cientistas vão poder desenvolver sensores que medem um outro parâmetro completamente diferente, que são as ondas gravitacionais.

É por isso que os cientistas dizem que não se via nada assim desde que, em 1612, Galileu conseguiu usar um telescópio para ver as luas de Júpiter e provar, dessa forma, que os corpos no Universo não giravam todos à volta da terra. Ter a capacidade de detetar ondas gravitacionais abre novas janelas para o Cosmos. Especialmente se pensarmos que, atualmente, apenas conseguimos ver 4% do Universo e que os restantes 96% são o que se chama vulgarmente “matéria escura”. Matéria que não emite luz e que, por isso, só poderá ser estudada através de novas formas, como a capacidade que agora temos de medir as tão famosas ondas gravitacionais.

“Vamos ver muitas coisas que estávamos à espera, mas deve existir um conjunto de coisas que vamos ver de que não estávamos mesmo nada à espera”, diz Vítor Cardoso. Há revelações espantosas que a Humanidade pode vir a descobrir nas décadas que se avizinham. Mas, enquanto isso, é melhor beber o seu café que já está a esfriar. E a culpa não é de nenhuma onda gravitacional.

  • Agora já podemos saber mais sobre os 96% que desconhecemos do Universo

    Cem anos depois de previstas pela teoria da relatividade geral de Einstein, as ondas gravitacionais foram detetadas pela primeira vez pelo LIGO, um conjunto de detetores americanos terrestres, na colisão de dois buracos negros a mais de mil milhões de anos-luz da terra. “As ondas gravitacionais eram a procura mais longa e persistente da História da Ciência.” Abriram-se as portas da redescoberta do Universo, do qual só conhecemos 4%