Em um anúncio de profundo impacto no campo da astronomia, um consórcio internacional de astrônomos apresentou evidências que indicam que o tecido intrínseco do cosmos está constantemente em um estado vibratório, gerando ondulações gravitacionais de extensão intergaláctica.
Essas perturbações de baixa frequência no espaço-tempo foram meticulosamente observadas com o auxílio de uma extensa rede composta por galáxias hospedando estrelas de nêutrons altamente rotativas, conhecidas como pulsares, que surgem como resíduos de estrelas massivas após explosões de supernovas.
Os pulsares emitem regularmente pulsos de luz de rádio que caracterizam sua designação, funcionando como metrônomos cósmicos precisos, atingindo-nos uma vez a cada rotação estelar, chegando a centenas de vezes por segundo.
Devido à capacidade das ondas gravitacionais de esticar e comprimir o espaço por onde se propagam, ocasionando alterações sutis nas distâncias até os pulsares, é possível inferir sua presença quando os batimentos desses metrônomos cósmicos chegam ligeiramente adiantados ou atrasados em fontes específicas no céu.
Embora os astrônomos estejam exultantes com esse avanço recente, é compreensível que alguns sintam um certo déjà vu. Afinal, não é a primeira vez que detectamos ondas gravitacionais.
"Já não tínhamos conhecimento de sua existência? De fato, as redes de cronometragem de pulsares não são responsáveis pelas primeiras evidências da presença das ondas gravitacionais.
Essa honra é atribuída ao experimento LIGO, que, no final de 2015, detectou uma perturbação violenta no espaço-tempo decorrente da colisão de dois buracos negros com massa aproximada de 30 massas solares em uma galáxia distante.
Desde então, o LIGO, em colaboração com os observatórios parceiros VIRGO e KAGRA, detectou um total de quase 100 eventos de fusão envolvendo buracos negros e estrelas de nêutrons.
A diferença fundamental reside na frequência. Assim como a radiação eletromagnética, conhecida como luz, existe em um espectro que engloba desde os raios gama de alta frequência (comprimentos de onda curtos) até as ondas de rádio de baixa frequência (comprimentos de onda longos), as ondas gravitacionais também são geradas em diferentes frequências por diferentes tipos de eventos cósmicos.
No contexto das fusões, os principais determinantes são as massas dos objetos envolvidos e a velocidade com que eles estão em rotação mútua.
Durante a fase final da inspiral, buracos negros com massas estelares (aqueles formados a partir do colapso de estrelas massivas) orbitam em torno um do outro a uma taxa de centenas de rotações por segundo, culminando em uma emissão intensa de ondas gravitacionais no momento da colisão.
Essas ondas resultantes possuem frequências elevadas e comprimentos de onda curtos, alinhando-se com a faixa de sensibilidade dos instrumentos disponíveis em nosso planeta.
Por outro lado, pares de buracos negros supermassivos emitem ondas gravitacionais de magnitude considerável quando estão em órbita com períodos de anos, gerando ondas com extensão que alcança a escala de anos-luz.
A detecção dessas ondas requer um dispositivo do tamanho de uma galáxia, que deve coletar dados ao longo de décadas.
A discrepância entre as informações fornecidas pelo LIGO e as obtidas por uma Rede de Cronometragem de Pulsares (PTA, na sigla em inglês) pode ser comparada à diferença entre uma imagem capturada por um telescópio óptico e aquela obtida por uma antena de rádio.
Além de os dados e métodos observacionais serem distintos, as conclusões que podemos extrair sobre o Universo também apresentam divergências.
Do que se trata toda essa comoção?
Então, o que exatamente a colaboração PTA descobriu? Até o momento, o principal resultado, que foi observado com maior clareza pela colaboração NANOGrav, é a existência de ondas gravitacionais de baixa frequência no Universo ao nosso redor.
Embora esta divulgação inclua dados de 15 anos, ainda não é suficiente para identificar fontes específicas.
No entanto, o sinal obtido é consistente com um conjunto de contribuições produzidas pelas órbitas finais de pares de buracos negros supermassivos que se fundem quando suas galáxias colidem.
Assumindo que o fundo observado seja principalmente devido a colisões de buracos negros supermassivos, as informações contidas nesse sinal são notáveis.
Mesmo com esses primeiros resultados preliminares, já existem indícios de que as etapas finais das fusões galácticas podem ser mais fascinantes do que o previsto.
Por um lado, o sinal apresenta uma intensidade um pouco maior do que o esperado pelos astrônomos com base em cálculos mais simples sobre como as galáxias e seus buracos negros supermassivos colidem.
Isso sugere que os buracos negros supermassivos, em média, podem ser mais massivos ou colidir com maior frequência do que se esperava. Além disso, há indicações de que as colisões são facilitadas pelos ambientes astrofísicos em que ocorrem.
As regiões centrais das galáxias são caracterizadas por uma certa dose de caoticidade, e o efeito combinado de todas as estrelas, gás e possivelmente alguns elementos inesperados que as cercam é suficiente para perturbar os buracos negros supermassivos e acelerar sua união.
Com apenas mais alguns anos de observações e a combinação de dados de todas as PTAs, será possível vislumbrar indícios de fontes individuais.
Isso traz a perspectiva da astronomia de mensageiro múltiplo, na qual um evento de ondas gravitacionais pode nos alertar sobre uma fusão em andamento que também podemos observar com um telescópio convencional.
Enquanto o experimento LIGO nos proporciona uma nova visão sobre a formação e evolução estelar, capturando os momentos finais dos remanescentes estelares, as PTAs serão capazes de revelar a evolução e o desenvolvimento das galáxias, que são as unidades básicas da estrutura em larga escala do Universo.
É importante ressaltar que todas essas conclusões dependem da verdadeira origem do sinal nas colisões de buracos negros supermassivos. Ainda há uma certa ambiguidade nos dados, o que torna a possibilidade de estarmos completamente equivocados a mais emocionante até o momento.
Processos violentos que podem ter moldado o Universo primordial também podem produzir um fundo de ondas gravitacionais de baixa frequência, assim como certos tipos de matéria escura e algumas relíquias exóticas hipotéticas do Big Bang.
Detectar qualquer um desses elementos, seja como o sinal dominante ou como uma contribuição para ele, revolucionaria completamente nossa compreensão da história cósmica.
É frequentemente afirmado que cada vez que abrimos uma nova janela para o Universo, descobrimos algo completamente novo e inesperado. Nos próximos anos, será revelado todo o potencial das PTAs para iluminar o nosso ambiente espaciotemporal.
Talvez elas nos proporcionem uma visão mais aprofundada da formação da estrutura cósmica; talvez nos surpreendam completamente. Pessoalmente, mal posso esperar para descobrir.
