Ondas gravitacionais

O que é uma onda gravitacional?

Para entender as ondas gravitacionais deve vislumbrar a estrutura do espaço-tempo definido por Albert Einstein em sua teoria da relatividade geral (1916). Einstein relacionou três dimensões de espaço e uma dimensão de tempo, em um próprio tecido do espaço-tempo. Este tecido de quatro dimensões "parece" em uma área de cama elástica esticada pela massa dos planetas, das estrelas e das galáxias. Essa distorção, compressão ou curvatura do espaço-tempo em três dimensões é que ele se sente como a gravidade. Em outras palavras, um planeta como a Terra está em órbita porque segue simplesmente as curvas do tecido espacial acidentada e distorcida pela presença do Sol e outros planetas no sistema solar.
E ondas gravitacionais (OG) são deformações da estrutura de espaço-tempo que se propagam como ondas com a velocidade da luz. Eles refletem a dinâmica do espaço-tempo, como resultado de movimentos rápidos de matéria ordinária enquanto as ondas eletromagnéticas (fótons) são produzidas pelo movimento de cargas elétricas. Em resumo, as ondas gravitacionais ou ondas de curvatura são produzidos por aceleração das massas. Somente os objetos mais relativistas do universo, aqueles que são extremamente maciça como buracos negros ou estrelas de nêutrons, pode "sacudir" um pouco o espaço-tempo, se eles são acelerados. Por exemplo, dois buracos negros ou 2 estrelas de nêutrons da ordem de algumas massas solares que giram em torno de si, geram ondas gravitacionais.
Mas ao contrário de ondas eletromagnéticas, ondas gravitacionais interagem dificilmente com a matéria, eles viajam no cosmos sem ser absorvidas, tornando-as invisíveis nas imagens eletromagnéticas de nossos telescópios .

Em adição, a variação à detectar (a distância entre os picos e vales) é extremamente baixa, a frequência à detectar é uma frequência muito baixa. Se quisermos medir em 10 000 Km (raio de onda), a variação da onda gravitacional gerada por um buraco negro no nosso galáxias, os detectores têm de ser capazes de observar uma mudança no comprimento de onda da o tamanho de um átomo, isto é 10^-10 metros. Além disso, essas variações são extremamente raras na nossa galáxia, temos de melhorar substancialmente nossos detectores de corrente e obter essas mudanças na outras galáxias.
Apesar de não ser detectada, os cientistas sabem que eles existem no Universo. Em 1975, os rádioastrônomos Russell Hulse e Joseph Hooton Alan Taylor (Prêmio Nobel de Física 1993) descoberto PSR B1913 +16 na constelação de Aquila, um pulsar binário (duas estrelas de nêutrons) às características orbitais excepcionais. Na verdade, as duas estrelas órbitam em torno um do outro em 7,75 horas num volume extremamente pequeno da ordem de 1,1 (periastro) para 4,8 vezes (o apoastre) o raio do Sol. A pequena aceleração do período orbital deste sistema maciço (2 objetos giram cada vez mais rápido) e o encurtamento do raio da órbita (perda de 3 milímetros por órbita) demonstrou a existência de ondas gravitacionais. De acordo com a teoria da relatividade geral, a órbita de um sistema binário está lentamente modificada pela emissão de ondas gravitacionais. Sobre trinta anos, Taylor e seus colegas fizeram medições que correspondem exatamente à teoria. Para vários outros pulsares binários confirmaram os resultados de Taylor. As medidas não permitem de detectar a energia de ondas gravitacionais mas são uma evidência indirecta dos efeitos de ondas gravitacionais emitidas por um sistema.

Video: representação de ondas gravitacionais ou ondas de curvatura geradas por dois buracos negros ou dois pulsares (estrelas de nêutrons). Um pulsar é uma estrela de nêutrons, extremamente densa, a densidade de um núcleo atômico, daí o seu nome. O seu campo magnético gigante roda em torno do eixo de rotação para a frequência de rotação da estrela, alguns rodar num milissegundo, feixe de partículas magnética ejecta que geram ondas de rádio. Eles são beacons cósmicos. Quando dois buracos negros ou duas estrelas de nêutrons giram em torno de si, objetos distorcer o espaço-tempo e esta deformação provoca pequenas ondas gravitacionais como em vídeo.

Detecção suposta de uma onda gravitacional

Um telescópio do Pólo Sul chamado BICEP-2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2), permitiu aos cientistas analisar a polarização da luz emitida pelo início do universo. Esta detecção confirma a relatividade geral de Einstein que previu a existência de ondas gravitacionais, como um arrepio de espaço-tempo causada por um grande deslocamento de massas.
Como as ondas gravitacionais podem ser detectados quando eles não interagem com a matéria?
O telescópio detectou uma propriedade sutil da radiação cósmica de fundo descoberto em 1964, a famosa radiação primitiva do Big Bang velho de 13,8 bilhões anos. BICEP medida a polarização da radiação de micro-ondas em grande escala. Somente as ondas gravitacionais primordiais podem imprimir esse modelo só se eles foram amplificados pela inflação.
O que é a inflação?
A distribuição da matéria no espaço é muito uniforme para ser devida exclusivamente ao Big Bang. Na década de 1970, os cosmólogos têm imaginado uma súbita expansão do universo, que chamaram a inflação. Esta inflação ocorreu desde o primeiro segundo após Big Bang. Só inflação pode amplificar suficientemente o sinal de onda gravitacional primordial para torná-lo detectável. Cientistas com BICEP-2 especificamente procurou medir a polarização da radiação cósmica de fundo, ou seja, a orientação do campo elétrico no céu.

Eles estavam procurando um tipo específico de viés chamado B-modos, um modelo de vórtice na direção da luz polarizada do universo antigo.
Em teoria, este padrão de redemoinho de polarização (imagem contra) só pode ser criado a partir de ondas gravitacionais. Isto é o que foi encontrado BICEP-2. "Esta é uma assinatura muito limpo dessas ondas de gravidade", disse Stanford físico Kent Irwin.
"Mas por causa da importância desses resultados, eles devem ser vistos com ceticismo... há, no estado de esquisitices nos resultados que podem ser perturbador... Estou ansioso para ver esses resultados confirmados ou revertida por outras experiências", disse David Spergel, professor de astrofísica na Universidade de Princeton.
De fato, a medida é tão difícil de fazer, ele poderia facilmente ser contaminado. A colaboração com outros telescópios espaciais, como Planck, deve publicar os resultados em breve sobre a polarização da radiação cósmica de fundo. Outras experiências estão trabalhando em objetivos semelhantes, que podem apoiar ou vão contra BICEP-2.
O 05 de junho de 2014, no Congresso da American Astronomical Society, David Spergel anunciou que o B-Mode polarização detectada por BICEP2 poderia ser o resultado de espalhamento de luz na poeira entre as estrelas da Via Láctea. Se as ondas gravitacionais são esperadas com tanta ansiedade, é que eles podem confirmar que a inflação ocorreu.

Imagem: As ondas gravitacionais de inflação cósmica, interpretado nesta imagem da radiação cósmica de fundo de micro-ondas coletados por um telescópio da experiência BICEP-2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) no Pólo Sul. Os cientistas estimam que a polarização da onda ou orientação da luz, é uma prova sob a forma de uma assinatura chamada polarização B-modo ou padrão de redemoinho de polarização. Esta onda é representado na imagem por linhas pretas pequenas vórtice orientados. A cor indica pequenas flutuações de temperatura na radiação cósmica de fundo que correspondem as flutuações de densidade no início do universo.