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Você não pode ver ou sentir, mas tudo ao seu redor – incluindo seu próprio corpo – está lentamente encolhendo e expandindo. É o estranho efeito de distorção do espaço-tempo das ondas gravitacionais que passam por nossa galáxia, de acordo com um novo estudo de uma equipe de pesquisadores do NANOGrav Physics Frontiers Center da National Science Foundation dos EUA.
As conclusões publicadas hoje na As cartas do jornal astrofísico são do North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav), uma equipe colaborativa de pesquisadores de mais de 50 instituições nos EUA e no exterior. A equipe realizou uma análise de estrelas queimadas conhecidas como pulsares de milissegundos, que giram centenas de vezes por segundo e emitem pulsos de rádio como tiques de relógios cósmicos altamente precisos. A equipe descobriu o que pareciam ser variações na “taxa de tique-taque” de tais pulsares, comparando observações de mais de 60 pulsares em dados de radiotelescópios ao longo de 15 anos. Sua análise fornece evidências de que as variações são causadas por ondas gravitacionais de baixa frequência que distorcem o tecido da realidade física conhecido como espaço-tempo.
De acordo com as descobertas da equipe NANOGrav, a distorção espacial das ondas gravitacionais cria a aparência de que as taxas de tique-taque do sinal de rádio dos pulsares estão mudando. Mas, na verdade, é o alongamento e a compressão do espaço entre a Terra e os pulsares que fazem com que seus pulsos de rádio cheguem à Terra bilionésimos de segundos antes ou depois do esperado. Os resultados são a primeira evidência do fundo da onda gravitacional – uma espécie de sopa de distorções do espaço-tempo que permeia todo o universo e há muito previsto pelos cientistas.
“A equipe NSF NANOGrav criou, em essência, um detector de toda a galáxia revelando as ondas gravitacionais que permeiam nosso universo”, disse o diretor da NSF, Sethuraman Panchanathan. “A colaboração envolvendo instituições de pesquisa nos Estados Unidos mostra que a inovação científica de classe mundial pode, deve e atinge todas as partes de nossa nação.”
As ondas gravitacionais foram previstas pela primeira vez por Albert Einstein em 1916. Elas não seriam confirmadas até 2015, quando o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) detectou ondulações no espaço-tempo passando pela Terra. Embora a fonte dessas ondulações gravitacionais fosse uma colisão de dois buracos negros distantes, a distorção espacial resultante que o LIGO detectou era menor do que o núcleo de um átomo.
Em comparação, a aparente mudança de tempo do pulsar medida pela equipe do NANOGrav é de algumas centenas de bilionésimos de segundo e representa uma flexão do espaço-tempo entre a Terra e os pulsares do comprimento de um campo de futebol. Essas distorções do espaço-tempo foram causadas por ondas gravitacionais tão imensas que a distância entre duas cristas é de 2 a 10 anos-luz, ou cerca de 9 a 90 trilhões de quilômetros.
“Estas são de longe as ondas gravitacionais mais poderosas conhecidas”, disse a astrofísica Maura McLaughlin, da Universidade de West Virginia, co-diretora do NANOgrav Physics Frontiers Center. “Detectar tais ondas gravitacionais gigantescas requer um detector igualmente grande e paciência.”
Usando 15 anos de dados astronômicos registrados por radiotelescópios em observatórios apoiados pela NSF – incluindo Green Bank Observatory em West Virginia, o Very Large Array em Socorro, Novo México e Arecibo Observatory em Porto Rico – a equipe NANOGrav criou um “detector ” de 67 pulsares distribuídos por todo o céu e comparou a taxa de tique-taque de pares desses pulsares. Por meio de uma sofisticada análise de dados, eles deduziram a presença da onda gravitacional de fundo causando a distorção do espaço e, assim, explicaram as aparentes mudanças de tempo dos pulsares.
Esta é a primeira evidência de ondas gravitacionais nessas baixas frequências”, disse o astrofísico da Vanderbilt University Stephen Taylor, presidente da colaboração NANOGrav e co-líder do esforço de pesquisa. “A fonte provável dessas ondas são pares distantes de órbita próxima, buracos negros ultramassivos.”
“Ainda temos muito a entender sobre a natureza física do universo e é por isso que a National Science Foundation apóia esforços ousados de equipes como o NANOGrav – para expandir nosso conhecimento para o benefício da sociedade”, disse NSF Diretor Assistente de Matemática e Ciências Físicas Sean L. Jones.
Os resultados da equipe estão fornecendo novos insights sobre como as galáxias evoluem e como os buracos negros supermassivos crescem e se fundem. A ampla distorção do espaço-tempo revelada em suas descobertas implica que pares extremamente massivos de buracos negros podem estar igualmente espalhados por todo o universo, chegando talvez a centenas de milhares ou mesmo milhões. Eventualmente, a equipe NANOGrav espera ser capaz de identificar pares específicos de buracos negros supermassivos, rastreando as ondas gravitacionais que eles emitem. Eles podem até descobrir vestígios de ondas gravitacionais desde o início do universo.
“Embora nossos primeiros dados nos dissessem que estávamos ouvindo algo, agora sabemos que é a música do universo gravitacional”, disse o codiretor do NANOGrav e astrofísico da Oregon State University, Xavier Siemens. “À medida que continuamos a ouvir, instrumentos individuais se destacam nesta orquestra cósmica.”
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