Ondas gravitacionais — Astronomia, 14–17 anos
Movimentos violentos de objetos maciços podem enviar ondulações através do espaço-tempo. Medir essas ondulações permite à astronomia detetar acontecimentos como a fusão de buracos negros de uma forma que a luz comum não consegue.
Ondulações no espaço-tempo
Na descrição de Einstein, a massa e a energia alteram a forma do espaço-tempo. Quando objetos muito maciços aceleram de forma assimétrica, essa alteração pode viajar para fora como uma onda gravitacional. A onda estica ligeiramente o espaço numa direção e comprime-o na direção perpendicular, invertendo depois esse padrão.
Um novo sentido para a astronomia
A astronomia observava sobretudo o Universo através da luz, mas alguns objetos são escuros ou estão escondidos por poeira. Einstein previu ondas gravitacionais em 1916, mas elas são extraordinariamente fracas quando chegam à Terra. Em 2015, o LIGO mediu o primeiro sinal direto, vindo de dois buracos negros em espiral um em direção ao outro. Assim abriu-se uma nova forma de observar o Universo.
Uma mudança minúscula no comprimento
O LIGO tem dois braços perpendiculares, cada um com 4 km. Imagina que uma onda produz uma deformação de 1 parte em 10²¹. Calcula a alteração num braço: 4 000 m × 10⁻²¹ = 4 × 10⁻¹⁸ m. É muito menor do que um protão. O detetor compara os tempos de viagem do laser nos dois braços, porque um comprimento aumenta enquanto o outro diminui.
Não são ondas que viajam pelo ar
A palavra onda faz muitas pessoas pensar em som, água ou sinais de rádio que viajam através de um material. É uma comparação razoável, porque todos envolvem alterações repetidas e podem transportar informação. Uma onda gravitacional é diferente: é uma deformação variável do próprio espaço-tempo, por isso não precisa de ar nem de outra substância. Também não empurra objetos como uma onda de choque forte.
Ouvir fusões invisíveis
Os observatórios de ondas gravitacionais podem detetar os momentos finais da fusão de buracos negros ou estrelas de neutrões, mesmo quando escapa pouca luz. Vários observatórios podem comparar os instantes de chegada e estimar onde ocorreu o acontecimento. Quando se fundem estrelas de neutrões, os telescópios podem também encontrar um clarão, permitindo estudar o mesmo evento através da gravidade e da luz.
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