Ondas gravitacionais são ondulações do próprio espaço. Quando dois objetos muito pesados giram um em volta do outro e acabam se chocando, eles sacodem o espaço ao redor, e esse tremor se espalha para todos os lados à velocidade da luz — esticando e encolhendo tudo por onde passa.
A palavra importante é "próprio". Não é alguma coisa viajando pelo espaço, como o som viaja pelo ar ou a luz atravessa o vácuo. É o espaço em si que estica e encolhe, momentaneamente, como a superfície de um lago depois da pedra. Einstein previu isso a partir da Teoria da Relatividade Geral, que ele publicou em 1915, e passou o resto da vida achando que ninguém jamais conseguiria medir algo tão fraco. Ele estava quase certo: levou cem anos.
A parte difícil de engolir: o espaço é uma coisa
Estamos acostumados a pensar no espaço como "nada" — o vazio onde as coisas acontecem. Um palco.
A relatividade diz outra coisa: o espaço é mais parecido com um tecido do que com um palco. Ele tem forma, pode ser entortado e pode balançar. O que a gente chama de gravidade é esse entortamento: a Terra não "puxa" você por uma corda invisível, ela afunda o espaço à sua volta, e você escorrega para dentro do buraco. Esse mecanismo está explicado em detalhe em O que é gravidade? E por que os astronautas flutuam.
Se o espaço pode ser entortado, ele também pode vibrar. Agite uma massa enorme com violência suficiente e as rugas se espalham. Essas rugas são as ondas gravitacionais.
A analogia da cama elástica serve, desde que você aceite uma limitação: na cama elástica, a lona é uma superfície dentro do nosso mundo. No caso real, não existe nada "fora" do tecido para observá-lo de longe. A gente está dentro dele. Quando a onda passa, ela estica você junto com a régua que você usaria para medir.
Por que é tão difícil de medir
Porque o efeito é ridiculamente pequeno. E aqui o número vale mais que qualquer explicação.
Para detectar a onda, o instrumento mede a distância entre dois pontos separados por 4 quilômetros e espera que essa distância mude quando a onda passar. A mudança que ele precisa enxergar é menor que um décimo de milésimo do diâmetro de um próton — cerca de 0,0000000000000000001 metro, ou 10⁻¹⁹ m.
Para dar escala a isso: o próton é uma das partículas do núcleo do átomo, e um átomo inteiro já é cerca de cem mil vezes maior que um próton. Ou seja, numa régua de quatro quilômetros, o instrumento precisa flagrar uma variação muito menor que um pedacinho de uma partícula escondida dentro de um único átomo. Não existe comparação do cotidiano que dê conta disso honestamente — qualquer objeto que você consiga imaginar é grande demais.
Como se mede algo assim
O truque se chama interferômetro, e a ideia é mais simples do que parece.
Você monta dois túneis de 4 km em forma de "L". Dispara um raio laser e divide o feixe em dois: metade vai por um túnel, metade pelo outro. Cada metade bate num espelho no fim do túnel e volta. Na saída, os dois feixes se reencontram.
Aqui está a mágica: os túneis têm comprimento exatamente igual, e os feixes são ajustados para que, ao se reencontrarem, as ondas de luz de um cancelem as do outro. O resultado normal é escuridão total no detector. Ou seja: o instrumento não procura um sinal, ele procura o fim do silêncio.
Quando uma onda gravitacional passa, ela estica um braço do "L" e encolhe o outro. Os feixes param de se cancelar com perfeição, e um pouquinho de luz aparece onde deveria haver escuro. Esse lampejo é a onda.
Existem três desses instrumentos funcionando: dois nos Estados Unidos, chamados LIGO, e um na Itália, o Virgo. Ter mais de um é essencial por duas razões. Primeiro, para separar onda gravitacional de caminhão passando: se o sinal aparece só num detector, foi caminhão. Segundo, porque a diferença de tempo entre os detectores revela de que direção o sinal veio — o mesmo princípio que faz você saber de que lado alguém chamou seu nome, comparando o que cada ouvido captou.
A primeira detecção, e por que é um marco
Em 14 de setembro de 2015, às 9h51 pelo horário universal — 6h51 da manhã em Brasília —, os dois detectores americanos registraram o mesmo sinal com 7 milésimos de segundo de diferença entre eles.
Era a colisão de dois buracos negros, com cerca de 29 e 36 massas solares, que aconteceu a 1,3 bilhão de anos-luz daqui — ou seja, o choque ocorreu 1,3 bilhão de anos atrás, e a ondulação viajou esse tempo todo para chegar ao instrumento.
E agora o número que merece ser lido devagar: na fusão, cerca de 3 massas solares foram convertidas em energia pura, em forma de ondas gravitacionais. Três sóis inteiros, desmanchados em ondulação do espaço numa fração de segundo. No instante do pico, aquele evento irradiou cerca de 50 vezes mais potência do que todo o universo visível somado estava emitindo em luz.
A detecção inteira, em números:
| Item | Valor |
|---|---|
| Data e hora | 14/09/2015, 9h51 UTC (6h51 em Brasília) |
| Diferença entre os dois detectores | 7 milésimos de segundo |
| Massa dos dois buracos negros | cerca de 29 e 36 massas solares |
| Distância | 1,3 bilhão de anos-luz |
| Massa convertida em ondas | cerca de 3 massas solares |
| Potência no pico | ~50 vezes a do universo visível em luz |
| Braço de cada detector | 4 km |
| Faixa de frequência captada | 10 a 1.000 ciclos por segundo |
O anúncio foi feito em fevereiro de 2016, e as reações de quem passou décadas atrás disso dizem o tamanho da coisa. Kip Thorne, do Caltech, descreveu assim: "Com esta descoberta, nós humanos estamos embarcando numa busca maravilhosa: explorar o lado deformado do universo." Gabriela González, porta-voz da colaboração, foi direta: "Esta detecção é o começo de uma nova era: a astronomia de ondas gravitacionais agora é realidade."
Por que isso muda a astronomia
Durante toda a história, olhamos o céu com luz — a que o olho vê, mais ondas de rádio, infravermelho, raios X. Tudo o que se sabia do universo chegou aqui como alguma forma de luz.
O problema é que luz é fácil de bloquear. Poeira cobre, gás absorve, e há objetos que não emitem luz nenhuma. Buraco negro é o caso extremo: ele não brilha, e a gente só o percebe pelo efeito que faz em volta, como se discute em O que acontece se você cair em um buraco negro? 5 coisas bizarras.
Onda gravitacional atravessa tudo. Poeira, gás, estrelas inteiras — nada a detém, porque ela não é luz batendo na matéria, é o espaço se mexendo. É por isso que se usa a palavra ouvir, e não "ver": é um sentido novo, que capta exatamente o que o antigo não alcançava, o que é escuro e pesado.
Com ele já se registrou também a colisão de estrelas de nêutrons, aqueles caroços ultradensos que sobram quando uma estrela grande morre — assunto de O que sobra quando uma estrela morre?. E a próxima fronteira é sair da Terra: a agência espacial europeia e a NASA preparam um observatório espacial, com braços de milhões de quilômetros entre naves, para captar ondas lentas demais para um túnel de 4 km. O lançamento está previsto para a década de 2030 — e cronogramas assim costumam escorregar.
