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Salvador Nogueira é jornalista de ciência e autor de 11 livros

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Telescópio da Nasa pode ter detectado sinal de luz vindo da fonte de ondas gravitacionais

Por Salvador Nogueira

Um telescópio espacial de raios gama da Nasa parece ter detectado um sinal proveniente do ponto de origem das ondas gravitacionais que surpreenderam a comunidade astronômica mundial no último dia 11.

A afirmação é de Abraham Loeb, pesquisador do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica, nos Estados Unidos. Em artigo aceito para publicação no “Astrophysical Journal Letters”, o astrônomo reporta a detecção de um pulso de raios gama pelo telescópio espacial Fermi no dia 14 de setembro de 2015, gerado apenas 0,4 segundo depois do sinal de ondas gravitacionais detectado pelo LIGO. O pulso teria vindo de uma região do céu consistente com a determinada pelos pesquisadores da colaboração internacional envolvida na histórica descoberta.

O padrão das ondas gravitacionais detectadas sugere que sua origem tenha sido a colisão de dois avantajados buracos negros, um com 29 vezes a massa do Sol e o outro com 36 massas solares. “Uma fusão de dois buracos negros no vácuo não deveria ter nenhuma contraparte eletromagnética”, escreve Loeb em seu artigo. “Mas a natureza algumas vezes é mais imaginativa do que nós.”

Portanto, prepare-se. Se esses raios gama realmente tiveram a mesma origem das ondas gravitacionais, eles nos contam uma história muito louca sobre essa colisão de buracos negros.

UM ENORME PARÊNTESE EXPLICATIVO
Antes, contudo, vamos falar um pouco de ondas gravitacionais, raios gama e buracos negros.

Ondas gravitacionais são uma das predições mais fascinantes da teoria da relatividade. Einstein sugeriu que o espaço é maleável, ele pode se comprimir e se esticar, e que objetos com muita massa que se movem muito depressa, como por exemplo dois buracos negros espiralando um em torno do outro, geram um padrão de ondas no próprio espaço. É como se o espaço fosse a superfície de um lago, e esses objetos imensos fossem uma pedra atirada nele. Ao tocar o espaço, a pedra gera um padrão de ondas, que pode ser detectado à distância, se você tiver, por exemplo, uma boia na beira do lago para medir a flutuação da água. (No nosso caso, a boia seriam as instalações gêmeas do LIGO, capazes de medir pequenas variações no próprio espaço! Para um pouco mais sobre isso, veja o vídeo na sequência.)

Quanto aos raios gama, eles são, em essência, luz. Mas é um tipo de luz que não podemos enxergar, muito mais energético do que os que os nossos olhos podem perceber. Em cientifiquês, luz pode ser descrita como “radiação eletromagnética” e, dependendo da quantidade de energia contida nas partículas de luz (ou o comprimento de onda, se você preferir tratá-la como uma onda, em vez de partícula), ela ganha um nome. As menos energéticas são as micro-ondas e o rádio. Em seguida vem o infravermelho, que não podemos ver, mas sentimos como calor. Depois vêm as cores que enxergamos, do vermelho ao violeta. Aí a coisa começa a ficar mais radical, com o ultravioleta (que, se você tomar demais, pode te dar câncer de pele), seguido pelos raios X (o que explica aqueles coletes de chumbo na hora de fazer uma chapa, para não tomar radiação potencialmente cancerígena onde ela não é necessária). E o limite superior, onde a luz tem mais energia, é a faixa dos raios gama. Como você pode imaginar, tomar banho de raios gama não é gostoso (e, a despeito do que você pode ter lido nos quadrinhos, não irá te transformar no Incrível Hulk).

Agora que já estamos na mesma página com relação aos raios gama, vamos falar um cadinho de buracos negros, bem ao estilo “Globo Repórter”: Quem são? Onde vivem? O que fazem?

Um buraco negro é um objeto em que a matéria está tão comprimida, mas tão comprimida, que a gravidade se torna invencível. Então, imagine a Terra, com seus pouco mais de 12 mil quilômetros de diâmetro. Se você esmagar tudo que compõe o nosso planeta até ele caber num espaço equivalente à cabeça de um alfinete, teríamos aí um buraco negro. Isso significa que aquele pequeno pontinho teria tanta gravidade, atraindo tanto o que existe imediatamente ao seu redor, que nada poderia escapar desse puxão gravitacional. Nem mesmo a luz, que viaja na velocidade máxima permitida no Universo: 300 mil km/s. Por isso ele é negro. Se a luz não pode sair dele, você não tem como vê-lo. E por isso também ninguém esperava que a colisão de dois buracos negros no vácuo fosse emitir qualquer tipo de luz. Ela simplesmente não teria como escapar para contar a história.

Certo, não existe nenhum meio conhecido de comprimir a Terra ao tamanho da cabeça de um alfinete. E durante algum tempo depois que os buracos negros foram previstos como uma possibilidade teórica (adivinhe só, por meio da teoria da relatividade geral, a mesma que levou à previsão da existência de ondas gravitacionais), ninguém imaginava que qualquer processo natural fosse capaz de gerá-los. Até que aprendemos como as estrelas funcionam.

Estrelas são basicamente imensas bolas de gás em que duas forças estão num constante duelo. Uma delas tenta comprimi-la com tudo — é a gravidade. E a outra é o processo de fusão nuclear que acontece em seu interior. A pressão no coração da estrela é tão grande que os núcleos atômicos começam a colar uns nos outros, com isso gerando energia que “sopra” a estrela de dentro para fora. Conforme essas duas forças se compensam mutuamente, a estrela permanece estável.

Só que chega uma hora em que não há mais núcleos atômicos que possam ser fundidos. Fundi-los gastaria mais energia do que o processo de fusão gera. Ou seja, acaba a gasolina da estrela. E aí só resta uma força em operação: a gravidade. E o que ela faz? Comprime radicalmente a matéria da estrela.

Se for uma estrela nanica, tipo o Sol, essa compressão para quando a matéria está bem compactada, e o que temos é uma anã branca. Um cadáver de estrela meio estragado (fala-se em matéria degenerada), esfriando lentamente. Se a estrela for um pouco maior, ela pode seguir adiante no processo de compactação e vencer até mesmo as forças eletromagnéticas que mantêm elétrons e prótons separados. Quando isso acontece, temos como resultado uma estrela de nêutrons.

Agora, se a estrela for maior ainda, a gravidade vencerá até mesmo esse limite. Ela pode acabar levando a uma estrela de quarks (os componentes dos nêutrons). E se a situação for ainda mais dramática, não há força conhecida capaz de impedir o colapso completo — é aí que temos um buraco negro. Nada pode impedir a gravidade de levar a termo seu objetivo nefasto: comprimir toda a massa num pontinho muito pequeno. Esse pontinho absurdamente minúsculo, por sua vez, está envolto numa fronteira matemática que marca o ponto de não-retorno — se você cruza essa fronteira, não há mais como escapar da gravidade do buraco negro. Nem se você for a luz. Esse é o chamado horizonte dos eventos.

FIM DO ENORME PARÊNTESE EXPLICATIVO
O que Abraham Loeb está sugerindo é que os dois buracos negros que colidiram nasceram de uma única estrela de altíssima massa. “É o equivalente cósmico de uma mulher grávida carregando gêmeos em sua barriga”, disse Loeb, em nota.

Em circunstâncias normais, uma estrela de alta massa que colapsa produz um único buraco negro (seguindo a receitinha descrita no enorme parêntese explicativo). Mas e se essa estrela imensa tiver sido o produto da colisão anterior de duas estrelas menores? Conforme elas estivessem espiralando para sua colisão, a velocidade de rotação delas iria aumentar brutalmente, gerando uma estrela-grotescamente-grande-que-gira-feito-louca (TM).

E o que aconteceria a essa estrela uma vez que acabasse o combustível para a fusão nuclear? Loeb sugere que é possível que o processo de colapso, por conta da superrotação, daria à estrela a forma de um haltere, com dois grandes blocos. E aí cada um desses blocos colapsaria num buraco negro e, por fim, os dois buracos negros espiralariam e colidiriam, formando um só — e produzindo o sinal de ondas gravitacionais detectado pelo LIGO.

E como um colapso desse tipo teria pelo menos parte da matéria original da megaestrela do lado de fora dos buracos negros colapsados (ou seja, além do horizonte dos eventos), a gravidade poderia acelerá-la e fazê-la emitir um sinal de raios gama — que ainda assim teria trabalho para atravessar a matéria circundante que estivesse mais para fora, talvez explicando a diferença de 0,4 segundo entre a detecção das ondas gravitacionais e a do pulso eletromagnético (segundo a teoria, ambos viajam à velocidade da luz).

Incrível, não? Até o último dia 11, ninguém — exceto os participantes da colaboração LIGO — podia sequer afirmar qualquer coisa sobre um evento desses, e agora os cientistas estão nesse frenesi para entender o que rolou. Esse é o nível de empolgação em torno das ondas gravitacionais. É um novo campo da astronomia que se abre.

Agora, uma coisa incomoda nessa história em particular. O sinal de raios gama captado pelo Fermi, da Nasa, não foi detectado pelo Integral, satélite similar, mas da ESA. Sem essa confirmação, não se pode descartar a hipótese de que a detecção do Fermi não teria passado de um falso positivo, a despeito da coincidência no tempo de 0,4 segundo de diferença. Ou seja, talvez nada disso que acabamos de falar tenha acontecido.

Como diria Silvio Luiz, "e aí, telescópio espacial Fermi, o que é que só você viu?" (Crédito: Nasa)
Como diria Silvio Luiz, “e aí, telescópio espacial Fermi, o que é que só você viu?” (Crédito: Nasa)

Mas é exatamente assim que a ciência funciona. Observamos um fenômeno, formulamos hipóteses, voltamos a observar para ver se a hipótese é capaz de prever novos desdobramentos, que nos permitirão formular novas hipóteses e reavaliar as antigas, e assim por diante. (Algumas pessoas confundem esse processo de ir refinando hipóteses e aprendendo mais ao longo do caminho com “achômetro”. Mas, se fosse só achômetro, essas pessoas nem teriam computadores para poder externar essa opinião.)

“Mesmo que a detecção do Fermi seja um alarme falso, eventos futuros [detectados pelo] LIGO deveriam ser monitorados para luz independentemente de se eles se originaram da fusão de buracos negros. A natureza sempre pode nos surpreender”, diz Loeb.

E O QUICO?
Ainda que você não tenha uma tara por física de buracos negros, essa história toda oferece uma perspectiva muito interessante. A principal técnica usada para medir distâncias enormes no espaço (na escala de bilhões de anos-luz) é o chamado desvio para o vermelho (redshift) das ondas de luz. É o fato de que a luz, viajando pelo espaço que está em expansão, tem seu comprimento de onda esticado, de forma que ela vai se “avermelhando” pelo caminho (lembre-se do imenso parêntese explicativo: vermelho tem menos energia, ou maior comprimento de onda, que as outras cores visíveis). Quanto mais a luz viaja, mais expansão cósmica ela pega, e mais avermelhada ela fica.

As ondas gravitacionais, por sua vez, permitem fazer uma outra estimativa de distância, com base na teoria da relatividade: ao modelar o evento que gerou as ondas, podemos estimar a massa dos objetos que as produziram e também seu afastamento de nós. Ou seja, se tivéssemos luz e ondas gravitacionais ao mesmo tempo, teríamos dois parâmetros independentes, de um mesmo evento, para estimar a distância. E com isso poderíamos calibrar nossas outras medidas, baseadas apenas no desvio para o vermelho, e ter uma régua mais precisa para medir a expansão do Universo ao longo do tempo. Ou seja, esses estudos podem nos ajudar a recontar com precisão ainda maior a história e a evolução do cosmos nos últimos 13,8 bilhões de anos.

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