Entender como os planetas se movem, porque os objetos caem e o que mantém as estrelas e tudo o mais em seus lugares no Universo é um dos problemas fundamentais da física. Essas questões foram atacadas por pessoas como Aristóteles, Descartes, Newton e Einstein, e estão relacionadas com a o que chamamos de gravidade. É a gravidade que mantém as estrelas de nossa Galáxia unidas, que faz as galáxias se agruparem em aglomerados e que faz a Terra girar ao redor do Sol. Também é a gravidade que derruba um vaso de plantas na sua cabeça e faz você cair no chão quando tropeça.
Quando pensamos, hoje, na gravitação em escalas astronômicas utilizamos a Teoria da Relatividade Geral, de Einstein. Essa teoria vê o espaço e o tempo conectados, formando o que chamamos de espaço-tempo. A gravidade é o resultado de distorções nesse espaço-tempo provocadas pelas massas contidas nele, como planetas, estrelas e galáxias. Uma boa analogia é pensar num colchão onde espalhamos bolas de diferentes massas. As bolas irão afundar, ou distorcer, o colchão ao seu redor, e quanto mais pesada for a bola, maior será a distorção produzida no colchão.
Mas o que acontece se você mexer rapidamente numa dessas bolas, ou jogar uma delas com força no colchão, ou, ainda, retirar uma delas de repente? irá produzir uma espécie de onda no colchão, uma perturbação que atingirá as outras bolas próximas. Será que algo semelhante acontece no espaço-tempo?
Segundo a Relatividade Geral, a resposta é sim. Um planeta orbitando o Sol, uma estrela explodindo ou outros eventos que não sejam exatamente simétricos devem produzir uma perturbação que se propagará no espaço-tempo. Ou, em outras palavras, uma onda gravitacional. Detectar ondas gravitacionais representa um importante passo para confirmar que a teoria da Relatividade Geral é adequada para compreendermos o Universo como um todo.
Tivemos recentemente o anúncio de que houve a detecção de uma onda gravitacional produzida por uma rápida expansão do Universo em seus primórdios, um período conhecido como inflação. Essa detecção representaria não apenas a confirmação de uma previsão da Relatividade Geral, as ondas gravitacionais, , mas também a confirmação de uma previsão da teoria do Big Bang, a inflação. Mas vamos entender como aconteceu essa detecção.
O trabalho foi feito por cientistas que utilizaram dados do BICEP 2 (sigla do inglês Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization). Esse é um experimento que coleta dados a Radiação Cósmica de Fundo, emitida bem no início do Universo e que pode ser observada em todas as direções do espaço. O que eles fizeram foi observar um determinado padrão (polarização) na Radiação cósmica de Fundo, produzida, provavelmente, pela onda gravitacional gerada na inflação.
Perceba que essa é uma detecção indireta de uma onda gravitacional. O que foi detectado, de fato, é o padrão na Radiação Cósmica de Fundo causado pela interação com a onda gravitacional.
Um dos experimentos mais promissores para detectar diretamente ondas gravitacionais é o LIGO (do inglês Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory). Tratasse de um gigantesco interferômetro que busca detectar ondas gravitacionais pelos efeitos produzidos diretamente num raio laser. Até hoje, não houve a detecção direta de uma onda gravitacional, provavelmente, porque elas são muito fracas. O interferômetro LIGO pode ser um experimento perfeitamente planejado, mas ainda sem a sensibilidade adequada. Constantes aperfeiçoamentos são feitos nessa direção. Mas note que seu objetivo é a detecção direta de ondas gravitacionais, diferente do que foi feito recentemente com os dados do BICEP 2.
O grupo de colaboradores ligados ao LIGO deixou uma nota de parabenização aos colegas do BICEP 2 no site http://www.ligo.org/news/bicep-result.php (em inglês). A nota ressalta na primeira linha que os resultados ainda precisam ser confirmados para serem considerados um grande marco na cosmologia. Estão corretíssimos.
Na ciência, sempre precisamos testar, testar de novo, observar, observar mais uma vez, fazer testes, outros testes, deixar outro grupo de cientistas observar, observar de novo, observar mais uma vez e fazer mais testes antes de haver algum consenso entre os cientistas. E, ainda assim, muitas vezes, coisas que eram consenso se mostram erradas e precisam ser novamente trabalhadas.
Ainda está cedo para dizermos que detectamos ondas gravitacionais, mas, com certeza, podemos dizer que tivemos um forte indício delas. Quando conseguirmos de fato observar diretamente ondas gravitacionais, uma nova fronteira na astronomia irá se abrir. Além de estudarmos o Universo observando as ondas de luz vindas dos astros, observaremos também ondas geradas por efeito gravitacional.
Mesmo depois de estarmos mais íntimos da gravidade, observando as tão procuradas ondas gravitacionais, ela vai continuar derrubando coisas nas nossas cabeças e nos fazendo cair se o tropeço for grande.
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Artigo Científico (em inglês): BICEP2 I: Detection Of B-mode Polarization at Degree Angular Scales [http://arxiv.org/abs/1403.3985]
