Nova observação de ondas gravitacionais pode mudar os rumos da astrofísica

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Matéria originalmente publicada no Motherboard US.

"descobri uma coisa

vou te mandar um print".

"uau!"

"!"

Essas mensagens, trocadas no dia 17 de agosto entre astrônomos do Observatório Las Campanas, no norte do Chile, mostram o primeiro — e maravilhado — contato de dois cientistas com uma descoberta astronômica revolucionária. A descoberta foi anunciada oficialmente nesta segunda-feira (16), quando representantes do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO, na sigla original), do observatório italiano VIRGO e de 70 outros observatórios foram ao National Press Club em Washington, DC para confirmar os rumores de que um fenômeno astronômico sem precedentes teria sido observado.

Naquela fatídica noite de agosto, anunciaram os representantes, astrônomos do LIGO e do Virgo detectaram uma onda gravitacional gerada pela fusão de duas estrelas de nêutrons na galáxia NGC 4993, localizada a aproximadamente 130 milhões de anos-luz da Terra.

As estrelas de nêutrons são criadas quando estrelas gigantes passam por uma explosão. Com diâmetros que variam dos 10 aos 20 quilômetros, essas estrelas, embora pequenas, contêm mais massa do que o Sol, o que faz delas as menores e mais densas estrelas do universo conhecido. Uma colher de chá da matéria que compõe essas estrelas pesaria 10 milhões de toneladas. Especula-se também que no centro das estrelas de nêutrons são produzidos elementos pesados como o ouro, a platina e o urânio.

A recém-observada fusão de duas estrelas de nêutrons, nomeada como GW170817, é uma descoberta sem precedentes. As quatro últimas ocorrências de ondas gravitacionais observadas desde a primeira detecção do LIGO, ocorrida em setembro de 2015, foram geradas pela fusão de buracos negros (uma quinta suspeita de fusão de buracos negros, denominada LVT151012, não foi tão conclusiva quanto as outras). A GW170817, por sua vez, é uma onda gravitacional nunca antes vista — e as surpresas não param por aí.

Diferente da fusão entre buracos negros, que não costuma produzir emissões luminosas, fusões de estrelas de nêutrons produzem tanta luz quanto uma supernova, o que permite que nossos telescópios detectem sinais desses eventos extremos. Isso significa que essas exóticas uniões podem ser estudadas tanto com base em suas emissões luminosas quanto em suas emissões de ondas gravitacionais, permitindo que os cientistas as "vejam" e "ouçam", o que garante uma compreensão inédita de suas propriedades.

Cientistas do LIGO e do Virgo identificaram rapidamente a localização aproximada do surgimento da onda GW170817 e repassaram essa informação para o Observatório de Las Campanas, onde astrônomos vasculharam a região em busca de um equivalente "visual" da onda gravitacional.

Em uma descoberta surpreendente, a equipe do Observatório de Las Campanas localizou o resultado luminoso da colisão. Segundo pesquisadores do Instituto Dunlap de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Toronto, as mensagens acima foram enviadas pelos cientistas que identificaram as luzes emitidas pela fusão em imagens de galáxias distantes.

Essa é a primeira vez que os resultados desses eventos energéticos puderam ser comparados com base em dois quesitos diferentes: radiação eletromagnética e ondas gravitacionais. Além disso, como fótons e ondas gravitacionais viajam na velocidade da luz, os cientistas provaram também que, ao contrário do que se acreditava, essas impressões digitais cósmicas podem ser capturadas.

Uma imagem tirada no dia 28 de abril pelo Telescópio Espacial Hubble (à esquerda) mostra a galáxia NGC 4993 antes da fusão de duas estrelas de nêutrons (SSS17a). A segunda foto, tirada no dia 17 de agosto pelo Telescópio Swope no Observatório de Las Campanas, no Chile, também mostra a SSS17a. Crédito: D.A. Coulter, et al.

"Esse é apenas o começo", disse Maria Drout, pesquisadora do Instituto Dunlap que ajudou a equipe de Las Campanas a localizar a emissão luminosa, em um comunicado oficial do Instituto Dunlap. "Esperamos que o LIGO e o Virgo detectem dezenas de fusões de estrelas de nêutrons na próxima década. Estamos entrando em uma nova era da astrofísica."

As estrelas de nêutrons surgem quando estrelas gigantes, normalmente de 10 a 30 vezes maiores do que o Sol, viram supernovas. Esses corpos celestes são massivos demais para se tornarem anãs brancas mas não o suficiente para se transformarem em buracos negros. Sendo assim, ao fim de sua vida, elas se transformam em um meio-termo entre esses dois extremos.

Ilustração de uma estrela de nêutrons. Crédito: Casey Reed/Penn State University

Durante décadas, cientistas teorizaram que colisões entre objetos dessa intensidade produziriam ondas gravitacionais, mas esse fenômeno nunca havia sido observado. Uma das explicações seria que as ondas gravitacionais mais fortes são produzidas pela fusão entre objetos com massas mais elevadas, o que explica porque o LIGO só havia, até hoje, observado fusões de buracos negros. A explicação é que o som emitido por esses eventos alcança mais decibéis, fator importante para esse novo campo da astronomia.

Quando os cientistas do LIGO começaram a lançar pistas sobre sua última descoberta, entusiastas da astronomia não demoraram muito para descobrir o que estava por vir. No dia 18 de agosto, apenas um dia após a detecção, J. Craig Wheeler, um astrônomo da Universidade do Texas, twittou que "uma fonte do LIGO confirmou uma emissão óptica. Fiquem ligados!"

Os rumores ganharam ainda mais força quando o Telescópio Espacial Hubble, acompanhado de muito outros telescópios de todo o mundo, apontou suas lentes para a galáxia NGC 4993 para observações adicionais.

Agora, apenas dois meses depois da grande descoberta, as revistas Nature e a Nature Astronomy detalharam esses resultados iniciais em uma série de sete artigos publicados nesta segunda-feira. A revista Science também publicou um conjunto de estudos relacionados ao evento. A importância dessas publicações confirma a validade do último Prêmio Nobel de Física, entregue a três pioneiros do LIGO.

Simulação da radiação luminosa resultante da fusão entre estrela de nêutrons. Crédito: NASA/AEI/ZIB/M. Koppitz and L. Rezzolla

Esses estudos trazem novas informações sobre as descargas de raios gama de alta energia emitidas pela fusão de estrelas de nêutrons, além de apoiar a teoria de que as colisões entre estrelas de nêutrons — e não as supernovas — dariam origem aos elementos mais pesados do universo, o que vai de encontro a teorias anteriores.

Por mais empolgante que essa descoberta inédita seja, é igualmente empolgante imaginar como essas detecções se tornarão rotineiras no futuro. Astrônomos estão se dedicando à criação de uma rede de pequenos observatórios que poderiam identificar a contraparte visual da fusão entre estrelas imediatamente após a detecção de suas ondas gravitacionais.

O universo ainda esconde muitos segredos, mas graças aos novos avanços no estudo das ondas gravitacionais, alguns de seus maiores mistérios parecem estar prestes a serem desvendados.

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