Há dez anos, cientistas ouviram o Universo tremer pela primeira vez. Essa primeira descoberta das ondas gravitacionais comprovou uma previsão fundamental da Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein e deu início a uma nova era da astronomia.
Agora, uma nova descoberta de ondas gravitacionais marca o aniversário desse grande avanço. Publicada no periódico científico Physical Review Letters, ela coloca à prova uma teoria de outro gigante da ciência, Stephen Hawking.
O que são ondas gravitacionais?
Ondas gravitacionais são “ondulações” na estrutura do espaço-tempo que viajam à velocidade da luz. Elas são causadas por objetos maciços altamente acelerados, como colisões de buracos negros ou fusões de restos de estrelas maciças conhecidas como estrelas de nêutrons.
Essas ondulações que se propagam pelo Universo foram observadas diretamente pela primeira vez em 14 de setembro de 2015 pelos detectores gêmeos do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO) nos Estados Unidos.
Esse primeiro sinal, chamado GW150914, teve origem na colisão de dois buracos negros, cada um com mais de 30 vezes a massa do Sol e a mais de um bilhão de anos-luz de distância da Terra.
Essa foi a primeira prova direta da existência das ondas gravitacionais, exatamente como previsto pela Teoria da Relatividade de Einstein 100 anos antes. A descoberta levou à concessão do Prêmio Nobel de Física de 2017 a Rainer Weiss, Barry Barish e Kip Thorne por seu trabalho pioneiro na colaboração LIGO.
Centenas de sinais em menos de uma década
Desde 2015, mais de 300 ondas gravitacionais foram observadas pelo LIGO, juntamente com os detectores italiano Virgo e japonês KAGRA.
Há apenas algumas semanas, a colaboração internacional LIGO/Virgo/KAGRA divulgou os resultados mais recentes de sua quarta rodada de observações, mais do que dobrando o número de ondas gravitacionais conhecidas.
Agora, dez anos após a primeira descoberta, eles anuciaram um novo sinal de onda gravitacional, designado GW250114.
O sinal é quase uma cópia exata do primeiro sinal de onda gravitacional registrado, o GW150914.
A colisão de buracos negros responsável pelo GW250114 tinha propriedades físicas muito semelhantes às do GW150914. No entanto, devido a melhorias significativas nos detectores de ondas gravitacionais nos últimos dez anos, o novo sinal é visto com muito mais clareza (quase quatro vezes mais “alto” que o GW150914).
O que é empolgante é que isso nos permitiu testar as ideias de outro físico inovador.
Hawking também estava certo
Há mais de 50 anos, os físicos Stephen Hawking e Jacob Bekenstein formularam independentemente um conjunto de leis que descrevem os buracos negros.
A segunda lei da mecânica dos buracos negros de Hawking, também conhecida como teorema da área de Hawking, afirma que a área do horizonte de eventos de um buraco negro deve sempre aumentar. Em outras palavras, os buracos negros não podem encolher.
Enquanto isso, Bekenstein mostrou que a área de um buraco negro está diretamente relacionada à sua entropia, uma medida científica de desordem.
A segunda lei da termodinâmica nos diz que a entropia deve sempre aumentar: o Universo está sempre ficando mais desordenado. Como a entropia de um buraco negro também deve aumentar com o tempo, isso nos diz que sua área também deve aumentar.
Como podemos testar essas ideias? A colisão de buracos negros, ao que parece, é a ferramenta perfeita.
A precisão dessa medição recente permitiu aos cientistas realizar o teste mais preciso do teorema da área de Hawking até o momento.
Testes anteriores usando a primeira detecção, GW150914, mostraram que o sinal estava de acordo com a lei de Hawking, mas não puderam confirmá-la de forma conclusiva.
Os buracos negros são objetos surpreendentemente simples. A área do horizonte de um buraco negro depende de sua massa e rotação, os únicos parâmetros necessários para descrever um buraco negro astrofísico. Por sua vez, as massas e rotações determinam a aparência da onda gravitacional.
Medindo separadamente as massas e rotações do par de buracos negros que se aproximavam e comparando-os com a massa e rotação do buraco negro final que restou após a colisão, os cientistas conseguiram comparar as áreas dos dois buracos negros individuais em colisão com a área do buraco negro final.
Os dados mostram excelente concordância com a previsão teórica de que a área deveria aumentar, confirmando a lei de Hawking sem dúvida alguma.
Qual gigante da ciência colocaremos à prova a seguir? Futuras observações de ondas gravitacionais nos permitirão testar teorias científicas mais exóticas e talvez até mesmo investigar a natureza dos componentes mais misteriosos do Universo – a matéria escura e a energia escura.
