Em breve, será possível ouvir o zumbido do fundo do Universo

Para quem não sabe, cada fusão entre estrelas de nêutrons ou buracos negros, cada supernova e até mesmo estrelas de nêutrons solitárias que giram de forma rápida talvez sejam uma fonte de ondas gravitacionais.

O acontecimento da inflação rápida do espaço depois do Big Bang, que ocorreu há 13,8 bilhões de anos, deveria ter criado sua cascata de ondas gravitacionais.

O zumbido

No ano de 2015, foi possível detectar as primeiras ondas gravitacionais, resultado de dois buracos negros que se chocaram há 1,4 bilhão de anos e compartilharam ondulações que se propagaram na mesma velocidade da luz na Terra.

A  identificação conseguiu confirmar de forma clara que existem buracos negros. Ele informou que uma previsão realizada pela “Teoria da Relatividade Geral” 100 anos antes de que as ondas gravitacionais são verdadeiras.

E isso significava que essa ferramenta, o interferômetro de ondas gravitacionais, na qual os cientistas vinham trabalhando há anos, revolucionaria nossa compreensão dos buracos negros.

Por sua vez, os interferômetros Ligo e Virgo constataram 100 eventos de ondas gravitacionais fortes, capazes de abalarem o sinal nos dados. Na composição desses interferômetros há um laser que brilha em túneis com vários quilômetros.

O espaço-tempo produzido por ondas é o que os afeta, gerando interferência e dando oportunidade para os cientistas aferirem os objetos que geram grandes sinais.

Segundo pesquisas, os interferômetros utilizam lasers brilhantes em túneis especiais com quilômetros de extensão.

Os lasers sofrem com o alongamento e compressão do espaço-tempo feitos por ondas gravitacionais, criando um padrão de interferência.

“Um fundo astrofísico é produzido pelo ruído confuso de muitas fontes astrofísicas fracas, independentes e não solucionadas”, disse Scott.

“Nossos detectores de ondas gravitacionais terrestres LIGO e Virgo já detectaram ondas gravitacionais de dezenas de fusões individuais de um par de buracos negros, mas espera-se que o fundo astrofísico das fusões de buracos negros binários de massa estelar seja uma fonte chave do fundo de ondas gravitacionais para esta geração atual de detectores.

“Sabemos que há um grande número dessas fusões que não podem ser solucionadas individualmente e, juntas, produzem um zumbido de ruído aleatório nos detectores.”

Os cientistas revelaram acreditar que seja aproximadamente uma fusão por minuto e diversas por hora.

Os sinais aleatórios são individuais e possivelmente seriam extremamente fracos para serem encontrados, mas para criar um ruído de fundo estático, os astrofísicos comparariam ao som de pipoca estourando.

Os interferômetros LIGO e Virgo são instrumentos que hoje em dia se encontram em manutenção e preparação e serão acompanhados por um terceiro observatório, KAGRA no Japão.

Isso acontecerá em uma nova operação em março de 2023. Estas não são as únicas ferramentas de ondas gravitacionais.

Além dessas, mais outras ferramentas terão a capacidade de verificar outras fontes do fundo de ondas gravitacionais.

Uma dessas ferramentas, ainda a 15 anos de distância, é a Laser Interferometer Space Antenna (LISA), com lançamento previsto para 2037.

“O fundo de ondas gravitacionais nem sempre é parecido com pipoca estourando”, disse Scott ao ScienceAlert.

“Também pode consistir em sinais determinísticos individuais que se sobrepõem no tempo, produzindo um ruído de confusão, semelhante às conversas de fundo em uma festa.”

Um exemplo de ruído confuso é a radiação gravitacional produzida pela população galáctica de anãs brancas binárias compactas. Isso será uma importante fonte de ruído confuso para a LISA.

Nesse caso, o sinal estocástico é tão forte que se torna um primeiro plano, atuando como uma fonte adicional de ruído ao tentar detectar outros sinais de ondas gravitacionais fracas na mesma faixa de frequência.

E assim como qualquer pedra arremessada na água, esses acontecimentos maciços enviam ondulações que reverberam pelo próprio tecido do “espaço tempo”.

Expansões sem força alguma e contrações do espaço que podem ser detectadas por nós como diferenças que deveriam ser percebidas como sinais precisamente cronometrados.

Ampliando conhecimentos

A física teórica Susan Scott, da Universidade Nacional da Austrália Centro de Excelência ARC para Descoberta de Ondas Gravitacionais, informou que ao identificar um fundo estocástico de radiação gravitacional, pode ocorrer o fornecimento de informações importantes.

As tais informações são sobre populações fontes astrofísicas e processos no Universo primitivo que não contém acesso por nenhum lugar.

“Por exemplo, a radiação eletromagnética não fornece uma imagem do Universo antes do tempo da última dispersão (cerca de 400.000 anos após o Big Bang). As ondas gravitacionais, no entanto, podem nos fornecer informações desde o início da inflação, apenas ~10^-32 segundos após o Big Bang.”

A física informou também que as ondas gravitacionais nos enviam dados do começo da inflação, apenas ~10^-32 segundos após o Big Bang.

A radiação cósmica de fundo

Depois que o Universo se iniciou e espaço sofreu um esfriamento, espuma que borbulhava que estava localizada em todo o espaço congelou.

Qualquer tipo de radiação que pudesse surgir era espalhada com ela, causando o impedimento de percorrer distâncias significativas.

Após o Big Bang, o primeiro flash de luz surgiu no espaço. Por sua vez, essa luz foi jogada para todos os cantos, mas ela era extremamente fraca, como se fossem micro-ondas.

A inconsistência desta luz, chamada de “anisotropias”, se formaram por minúsculas flutuações de temperatura representando a primeira luz.

A descoberta foi fantástica, pois descobriram que o fundo cósmico de micro-ondas é uma das únicas sondas do estado do Universo primitivo.

O descobrimento do fundo de ondas gravitacionais seria uma contestação espetacular dessa vitória.

“Esperamos que a detecção e análise do fundo de ondas gravitacionais revolucionem nossa compreensão do Universo”, disse Scott, “da mesma forma pioneira que foi através da observação do fundo cósmico de micro-ondas e suas anisotropias”.