E pela primeira vez na história essa vibração foi captada por um instrumento. Os interferômetros gêmeos Ligo nos Estados Unidos, separados por 3.000 km, capturaram essas ondas previstas por Albert Einstein um século antes. O pai da relatividade geral duvidava que algum dia pudessem ser detectados. Esse é o único ponto sobre o qual ele estava errado…
Assim que o sinal é registado, o alerta é lançado no âmbito da colaboração científica internacional que reúne mais de 1000 cientistas, incluindo investigadores de Virgem na Europa. Eles estão concluindo o desenvolvimento de seu próprio detector localizado perto de Pisa, na Itália, ainda em construção no momento da detecção, mas alguns deles estão participando da análise dos dados do Ligo.
O sinal é breve, apenas 0,2 segundos, mas perfeitamente claro. Demais, até: “O sinal era tão perfeito que era difícil acreditar que fosse real. Primeiro pensamos que era um alarme falso, destinado a testar a nossa capacidade de detectar tal evento. Muitos exercícios deste tipo já tinham sido realizados. “, lembra Éric Chassande-Mottin, pesquisador do CNRS e diretor do laboratório de Astropartículas e Cosmologia (APC), localizado na Universidade Paris Cité. Em 2015, foi coordenador do grupo responsável pela identificação de sinais gravitacionais. Porém, desta vez, não se trata de um exercício. “Levei algumas horas para perceber, mas me lembro de um grande momento de excitação “, afirma o pesquisador. Nos bastidores, a notícia se espalha como um incêndio na comunidade científica. Mas teremos que aguardar a publicação do artigo oficial em Cartas de revisão física em 11 de fevereiro de 2016 para que se oficialize a maior descoberta da física das últimas décadas.
Para os artesãos de Virgem/Ligo, foi necessária a fé do carvoeiro para chegar lá. Catherine Nary Man, especialista em lasers e interferometria do CNRS, hoje aposentada, esteve presente logo no início do projeto, em 1994, ano em que foi tomada a decisão de construir o Virgo. Ela se lembra da relutância, para dizer o mínimo, de alguns de seus colegas. “Inicialmente, nos disseram: ‘Vocês não conseguirão. E mesmo que consigam, verão um evento a cada trinta anos.’ Não foi muito encorajador “, ela confidencia hoje, rindo.
O método escolhido baseia-se na interferometria, o único capaz de medir as minúsculas contrações do espaço causadas pela passagem da onda: o equivalente ao tamanho de um átomo… na distância Terra-Sol. No papel, o princípio parece simples: um feixe de laser é dividido em dois, cada raio viajando ao longo de um braço perpendicular do interferômetro. Eles são refletidos por espelhos e depois recombinados. Se os braços forem perfeitamente iguais, as duas ondas de luz se anulam. Mas se uma onda gravitacional modifica o comprimento de um dos braços, uma variação de luz denuncia a sua passagem.
Traduzir este princípio para a realidade instrumental é um feito tecnológico. A precisão exigida impõe nomeadamente uma corrida ao gigantismo. Na década de 1980, os americanos e alemães já construíam protótipos de 30 a 40 metros. Mas em França, uma pequena equipa, liderada por Alain Brillet e Catherine Nary Man (CNRS), bem como Jean-Yves Vine (Escola Nacional de Técnicas Avançadas), optou por outra estratégia: um modelo reduzido e rígido, colocado sobre um banco óptico simples. Objetivo: validar passo a passo as tecnologias necessárias.
“Normalmente, quando você projeta um novo experimento de laboratório, há um ou dois pontos que estão no limite da tecnologia atual, explica Catherine Nary Man. Aqui tudo estava no limite: o laser, a ótica, os espelhos. Tínhamos que estar atentos a tudo, o que era impossível com as grandes instalações dos nossos concorrentes. Graças à nossa configuração, conseguimos resolver cada problema individualmente e resolver as dificuldades uma por uma. “
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Lasers poderosos, espelhos gigantes, suspensões ultraestáveis…
Em última análise, os braços de Ligo e Virgo medirão 4 km e 3 km respectivamente. Serão necessários lasers de 20 a 40 watts (mil vezes a potência de um apontador laser padrão) e espelhos gigantes para canalizar feixes ampliados para 20 cm após terem percorrido quilômetros, um vácuo quase absoluto ao longo de toda a distância, suspensões ultramesas e alinhamento de alguns milionésimos de grau. “Não podemos evitar que a Terra vibre. Um simples caminhão a um quilômetro de distância é suficiente para distorcer as medições. Daí a extrema sofisticação dos sistemas de amortecimento “, explica o pesquisador. O Ligo foi concluído em 2002, o Virgo em 2003. Mas muitas atualizações técnicas serão necessárias antes da detecção histórica de 2015.
Já em dezembro do mesmo ano, foi detectado um segundo sinal muito claro. Um terceiro ocorrendo em outubro será descoberto a posteriori após uma análise mais detalhada. “Então dissemos: ‘Tudo bem, vamos lá.’ Sabíamos que uma nova janela para o Universo acabava de se abrir ”, lembra Éric Chassande-Mottin. Muito mais do que uma validação da relatividade geral, as ondas gravitacionais oferecem um novo olhar sobre o Universo, sensível apenas às massas em movimento, mesmo que essas estrelas não emitam nenhuma radiação, como certos buracos negros.
Em agosto de 2017, o Virgo estava finalmente operacional e outro marco foi alcançado com o GW170817: a primeira fusão de estrelas de neutrões detetada simultaneamente pelo Ligo e pelo Virgo. Acima de tudo, graças à observação por três detectores, está localizado com precisão e isso permite que os telescópios ópticos sejam apontados para o alvo. Um flash de raios gama é registrado dois segundos após o sinal gravitacional. E uma fonte de luz ilumina brevemente a galáxia NGC 4993. Foi daí que partiu o trem de ondas, durante a colisão das duas estrelas de nêutrons.
A chamada astronomia multimensageira está adquirindo uma nova dimensão. “GW170817 constitui um grande evento neste campo, sublinha o pesquisador. Esperávamos ver mais. Infelizmente, as novas detecções conjuntas estão muito atrasadas. “Mas essa é a única decepção. Em dez anos, foram registados cerca de uma centena de eventos, revelando gradualmente uma demografia de objetos compactos: massas, distribuições, frequências… O Universo escuro é revelado. Antes do final do ano, será revelada a quarta campanha de observação, iniciada em maio de 2023. Já sabemos que foi frutífera…
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A busca pelo “rumor” de buracos negros no Universo
Esta colheita alimenta notavelmente a esperança de um dia descobrir a base gravitacional do Universo. “É uma espécie de boato sobre buracos negros no cosmos, resume bem Eric Chassande-Mottin. É um pouco como estar num coquetel: não conseguimos entender as conversas, mas o nível geral de ruído nos diz o tamanho da multidão. “Este “rumor” provém, na verdade, da sobreposição de ondas resultantes de uma infinidade de fusões distantes, demasiado fracas para serem isoladas individualmente.
Este sinal difuso é apenas um dos muitos objetivos da astronomia gravitacional nascida em 2015, e que se prepara para mudar de escala. Na Europa, o projeto do Telescópio Einstein deverá ver a luz do dia na próxima década: um observatório subterrâneo mais sensível, capaz de captar sinais mais fracos e distantes.
Em 2035, será a vez da missão espacial Lisa, desenvolvida pela Agência Espacial Europeia, para rastrear ondas gravitacionais provenientes do espaço. Definitivamente a luz não é mais a única mensageira das estrelas, devemos agora contar com as vibrações do espaço-tempo…