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A Detecção das Ondas Gravitacionais

Space Today
11 fev 2016

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Parte I – O que são as ondas gravitacionais?
Para começar a falar das ondas gravitacionais, temos que voltar em 1915, quando Albert Einstein publicou a sua Teoria Geral da Relatividade, explicando a gravidade como sendo uma curvatura do espaço tempo criada pela massa e pela energia.
Em 1916, Einstein previu que objetos muito massivos se movimentando de uma determinada maneira poderiam gerar ondulação no espaço-tempo, as chamadas ondas gravitacionais. A partir de então se iniciou uma verdadeira caçada para se tentar detectar as ondas gravitacionais e provar uma das conclusões mais importantes da Teoria da Relatividade Geral.

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Um ponto importante é que as ondas gravitacionais carregam consigo as informações sobre suas origens dramáticas e sobre a natureza da gravidade, propriedades que não podem ser obtidas de outra maneira.
O grande problema é detectar as ondas gravitacionais. A gravidade é a mais fraca das forças fundamentais, assim, só eventos extremos são capazes de perturbar o tecido do espaço-tempo. Nesse caso, primeiro é necessário um evento extremo no universo, por exemplo, a colisão, ou a fusão de dois buracos negros, uma erupção de supernova, ou a colisão de estrelas de nêutrons,  ou seja, eventos que ocorrem com objetos compactos e muito massivos, depois é preciso identificar esse evento e então tentar medir as oscilações gravitacionais que são flutuações infinitesimais.

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Parte II – O que é o LIGO e Como Ele Funciona?
O equipamento para tentar detectar as ondas gravitacionais foi então construído, o LIGO que teve sua origem em 1970 com o financiamento vindo da NSF (National Science Foundation). LIGO quer dizer, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory algo como Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria Laser e é constituído por um par de observatórios em Terra, localizado em Hanford, Washington e Livingston, na Louisiana.
Cada interferômetro fica localizado dentro de um túnel em forma de L com um vácuo ultra-alto no seu interior e operam de maneira uníssona para detectar as ondas gravitacionais.

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O próprio Einstein questionou se seria possível criar um instrumento sensível para a detecção das ondas gravitacionais.
No vértice do sistema de vácuo em forma de L, um feixe de laser é dividido em dois, cada um desses feixes viajando ao longo do braço de 4 km do L.
Os feixes passam por uma série de reflexões em espelhos precisamente configurados e posicionados e suas distâncias são precisamente medidas.
À medida que uma onda gravitacional passa pelo feixe de laser, o comprimento da trajetória muda, mesmo que seja uma mudança minúscula de um milionésimo do diâmetro de um próton, os detectores do LIGO são capazes de registrar, indicando assim a passagem de uma onda gravitacional.

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O LIGO recentemente passou por uma grande atualização e se transformou no ADVANCED LIGO, só com isso foi possível realizar a descoberta anunciada.
Parte III – A Descoberta:
A muito tempo atrás, nas profundezas do espaço, dois buracos negros massivos começaram a se mover, um em direção ao outro.
A 1.3 bilhões de anos atrás, eles se fundiram a uma velocidade de impacto equivalente a metade da velocidade da luz. A colisão, perturbou o espaço-tempo, enviando ondulações, as chamadas ondas gravitacionais que então chegaram à Terra e em 14 de Setembro de 2015, às 6:51 hora de Brasília foram detectadas nos dois sensores do LIGO.

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A Oscilação surgiu numa frequência de 35 Hertz e acelerou até 250 Hz antes de desaparecer 0.25 segundos depois. O aumento da frequência está relacionado com dois objetos massivos espiralando-se um em direção ao outro.
O sinal excedeu o chamado cinco sigma, uma medida estatística utilizada para estabelecer uma descoberta.
Simulações feitas em computadores revelaram que a onda veio de dois objetos, dois buracos negros com massas de 29 e 36 vezes a massa solar se espiralando um direção ao outro a uma distância de 210 quilômetros antes de se fundirem.

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Somente buracos negros que são feitos de pura energia gravitacional podem empacotar tanta massa num espaço tão pequeno, disse um dos cientistas responsáveis pela descoberta.
A fusão dos dois buracos negros produziu uma incrível explosão invisível. As modelagens que foram feitas mostram que o buraco negro final totalizou 62 vezes a massa do Sol, 3 massas solares menos do que a soma dos buracos negros iniciais. Essa massa perdida, se transformou em radiação gravitacional, uma conversão de massa para energia  que fez uma bomba atômica parecer um estalinho.

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Por um décimo de segundo, a colisão brilhou mais do que todas as estrelas em todas as galáxias, mas somente em ondas gravitacionais.
De acordo com Kip Thorne, ele mesmo, do filme interestelar, essa foi a maior explosão já detectada pelo ser humano superada apenas pelo Big Bang.
Os resultados passaram por 5 meses de testes até serem confirmados no dia de hoje, 11 de Fevereiro de 2016.
Parte IV – Qual a Importância dessa Descoberta?
A detecção marca o triunfo de uma equipe enorme de cientistas, cerca de 1000 físicos que trabalham com o LIGO.
A detecção é o mais importante legado do LIGO, que passou por uma atualização caríssima e como sempre foi muito questionado, o LIGO hoje se chama ADVANCED LIGO.
A detecção ajuda a testar a Teoria Geral da Relatividade, até agora os físicos só estudaram a gravidade em ambientes fracos, com isso eles podem estudar a gravidade em situações extremas.

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A fusão de dois buracos negros faz com que a Teoria Geral da Relatividade passe pelo seu primeiro grande teste, e tudo que Einstein calculou a 100 anos atrás agora foi confirmado e os cálculos levam a sinais idênticos aos que foram detectados, um verdadeiro milagre, de acordo com um dos cientistas.
A detecção inicia uma nova era na astronomia e na astrofísica. As ondas gravitacionais passam a ser uma realidade, e é possível explorar agora o lado contorcido do universo, ou seja, estudar, objetos e fenômenos que são feitos do epsaço tempo contorcido, e a fusão de buracos negros é só o primeiro desses objetos.
Em termos de significado e de potencial futuro a detecção das ondas gravitacionais é uma das maiores descobertas da ciência moderna. Podendo até mesmo fazer com que o ser humano seja capaz de vislumbrar como foi a criação do universo.
Edição Especial da Revista Astronomy Sobre Ondas Gravitacionais:
http://pt.slideshare.net/sacani/digasyprm-grav-wavesfin

Digasyprm grav wavesfin from Sérgio Sacani
Artigo original no SlideShare:
http://pt.slideshare.net/sacani/observation-of-gravitational-waves-from-a-binary-black-hole-merger

Observation of gravitational waves from a binary black hole merger from Sérgio Sacani
Sites de apoio:
http://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/nsf-s-ligo-has-multiple-detections-of-gravitational-waves
https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20160211
http://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=137628
http://www.nsf.gov/news/special_reports/ligoevent/
http://astronomy.com/bonus/gravity
http://cs.astronomy.com/asy/b/daves-universe/archive/2016/02/11/new-era-in-astronomy-begins-with-gravitational-wave-detection.aspx
http://www.astronomy.com/bonus/gravity
Vídeos de apoio:
https://www.youtube.com/watch?v=OBybywdPa8U
https://www.youtube.com/watch?v=hhbMpe17fzA
https://www.youtube.com/watch?v=TPJ5EXG2jCw
https://www.youtube.com/watch?v=36dpmzNH4QE
https://www.youtube.com/watch?v=i1-3eClv_TY

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