Ondas de gravidade

Definição

Uma onda gravitacional é uma ondulação invisível (mas incrivelmente rápida) no espaço.

As ondas gravitacionais viajam à velocidade da luz (299.792.458 m/s).

Essas ondas comprimem e esticam qualquer coisa em seu caminho à medida que passam.

Uma onda gravitacional é uma onda em um fluido (como o oceano ou a atmosfera) que se propaga devido à tendência da gravidade de manter um nível uniforme ou em que a gravidade é a força restauradora

O que são ondas de gravidade?

Ondas gravitacionais são movimentos de ar semelhantes a ondas na atmosfera terrestre, causados pela gravidade.

Diferentemente da maioria dos movimentos de ar, as ondas de gravidade não são horizontais, mas sim movimentos verticais em uma massa de ar.

As ondas gravitacionais, em termos de movimento, agem um pouco como as ondas na superfície da água.

Seus efeitos geralmente não são sentidos por nós, mas às vezes eles podem fazer com que uma tempestade giratória gire mais rápido, gerando um tornado.

A presença da palavra “gravidade” em “ondas gravitacionais” pode fazer com que pareçam mais complicadas do que realmente são. Também não devem ser confundidos com ondas gravitacionais, que fazem parte do estudo da astrofísica.

Ondas de gravidade podem causar uma tempestade para gerar um tornado

A melhor maneira de pensar sobre uma onda gravitacional é imaginar uma pedra jogada em um lago. A água era estável e calma antes, mas a rocha cria ondulações que se propagam para fora e produzem um movimento para cima e para baixo na água. As ondas gravitacionais são essencialmente a mesma coisa, mas ocorrem no ar e não na água.

Para que uma onda gravitacional ocorra, deve haver algo para ativá-la. Assim como a rocha lançada em um lago, uma montanha ou uma tempestade pode perturbar o ar estável para criar uma onda de gravidade.

Um dos efeitos visíveis das ondas gravitacionais é um padrão de nuvens com fileiras de nuvens alternadas por espaços de ar puro entre elas.

Essas linhas alternadas mostram os locais onde o ar está subindo e onde está afundando como resultado da onda.

O ar ao redor do gatilho deve ser relativamente estável para que uma onda gravitacional seja gerada.

Se, por exemplo, uma montanha empurra o ar para cima à medida que o ar passa por ela, e o ar já é instável, ela continuará a subir em vez de afundar novamente.

Se não for criado um padrão onde o ar ascendente atinge o pico e depois afunda novamente, não há onda de gravidade.

Quando as condições são adequadas para a criação de ondas gravitacionais, elas podem ter alguns efeitos interessantes.

As tempestades giram conforme se movem pela paisagem, devido às correntes de ar presentes em seu interior.

Se uma onda gravitacional entra em contato com uma tempestade, as diferenças de pressão alternadas fazem com que a tempestade aumente sua velocidade de rotação, tornando-se mais forte.

Uma série de ondas gravitacionais, ou mesmo apenas uma forte, pode fazer com que a tempestade gire rápido o suficiente e se torne poderosa o suficiente para produzir tornados.

Outras condições devem estar presentes na tempestade também, para que ela produza um tornado, mas as ondas de gravidade podem ser uma parte importante da receita.

Ondas de gravidade – Causa

As ondas gravitacionais são “ondulações” no espaço-tempo causadas por alguns dos processos mais violentos e energéticos do Universo.

Albert Einstein previu a existência de ondas gravitacionais em 1916 em sua teoria geral da relatividade.

A matemática de Einstein mostrou que objetos massivos em aceleração (como estrelas de nêutrons ou buracos negros orbitando uns aos outros) interromperiam o espaço-tempo de tal forma que ‘ondas’ de espaço-tempo ondulante se propagariam em todas as direções longe da fonte.

Essas ondulações cósmicas viajariam na velocidade da luz, levando consigo informações sobre suas origens, bem como pistas sobre a natureza da própria gravidade.

As ondas gravitacionais mais fortes são produzidas por eventos cataclísmicos, como buracos negros em colisão, supernovas (estrelas massivas explodindo no final de suas vidas) e estrelas de nêutrons em colisão.

Prevê-se que outras ondas sejam causadas pela rotação de estrelas de nêutrons que não são esferas perfeitas e, possivelmente, até mesmo resquícios de radiação gravitacional criada pelo Big Bang.

Ondas de gravidade

Embora Einstein previsse a existência de ondas gravitacionais em 1916, a primeira prova de sua existência não chegou até 1974, 20 anos após sua morte. Naquele ano, dois astrônomos usando o Arecibo Radio Observatory, em Porto Rico, descobriram um pulsar binário, exatamente o tipo de sistema que a relatividade geral previa que irradiaria ondas gravitacionais.

Sabendo que essa descoberta poderia ser usada para testar a previsão audaciosa de Einstein, os astrônomos começaram a medir como as órbitas das estrelas mudavam ao longo do tempo.

Após oito anos de observações, eles determinaram que as estrelas estavam se aproximando umas das outras precisamente na taxa prevista pela relatividade geral se estivessem emitindo ondas gravitacionais.

Desde então, muitos astrônomos têm estudado rádio-emissão de pulsares (pulsares são estrelas de nêutrons que emitem feixes de ondas de rádio) e encontraram efeitos semelhantes, confirmando ainda mais a existência de ondas gravitacionais. Mas essas confirmações sempre vieram indiretamente ou matematicamente e não por contato direto.

Tudo isso mudou em 14 de setembro de 2015, quando o Observatório de ondas gravitacionais de interferômetro a laser (IGO) sentiu fisicamente as ondulações no espaço-tempo causadas por ondas gravitacionais geradas por dois buracos negros em colisão a 1,3 bilhão de anos-luz de distância.

A descoberta do Observatório de ondas gravitacionais de interferômetro a laser (IGO) ficará para a história como uma das maiores realizações científicas da humanidade.

Embora os processos que geram ondas gravitacionais possam ser extremamente violentos e destrutivos, quando as ondas atingem a Terra, elas são milhares de bilhões de vezes menores! Na verdade, no momento em que as ondas gravitacionais da primeira detecção do Observatório de ondas gravitacionais de interferômetro a laser (IGO) nos alcançaram, a quantidade de oscilações no espaço-tempo que elas geraram era 1000 vezes menor do que o núcleo de um átomo!

Essas medidas inconcebivelmente pequenas são o que o Observatório de ondas gravitacionais de interferômetro a laser (IGO) foi projetado para fazer.

Albert Einstein, fotografia oficial do Prêmio Nobel de Física de 1921

De onde vêm as ondas gravitacionais?

As ondas gravitacionais são produzidas por massas que se movem no espaço-tempo de uma maneira especial.

O sistema mais simples que produz ondas gravitacionais são duas massas orbitando seu centro de massa comum.

Um dos sistemas mais comuns é um sistema estelar binário – duas estrelas orbitando o centro de massa comum uma da outra.

Acontece que cerca de metade das estrelas que você vê no céu são membros de um sistema binário. E essas estrelas podem estar em qualquer estágio de seu ciclo de vida, o que significa que você pode ter qualquer combinação de uma estrela normal, estrela gigante, anã branca, estrela de nêutrons ou buraco negro.

Outro lugar onde você pode encontrar grandes massas orbitando umas às outras é o centro de uma galáxia – se duas galáxias se fundissem, seus buracos negros supermassivos centrais orbitariam por um longo tempo antes de também se fundirem.

Conforme os buracos negros, estrelas ou galáxias orbitam uns aos outros, eles enviam ondas de “radiação gravitacional” que viajam à velocidade da luz.

As ondas que nos alcançam são extremamente fracas porque, como as ondas de água, as ondas gravitacionais diminuem de força à medida que se movem para fora.

Apesar de serem fracas, as ondas podem viajar desobstruídas dentro do ‘tecido’ do espaço-tempo, fornecendo-nos informações que a luz não pode.

Por que as ondas gravitacionais são importantes para a ciência?

Praticamente todo o nosso conhecimento sobre o universo chegou até nós na forma de luz, ou radiação eletromagnética.

As ondas gravitacionais, no entanto, são uma forma totalmente diferente de radiação, produzida por alguns dos eventos mais violentos do universo.

O estudo das ondas gravitacionais revelará o funcionamento interno de alguns dos eventos mais violentos do universo, como as colisões de buracos negros e as explosões de estrelas titânicas.

A própria gravidade, como uma força da natureza, será testada de novas maneiras nessas condições astrofísicas extremas que são irreproduzíveis na Terra em laboratório.

As ondas gravitacionais devem permitir que os cientistas vejam todo o caminho de volta à origem do próprio cosmos no Big Bang.

A abertura dessas novas perspectivas incomparáveis tem um precedente histórico.

Por quase toda a história humana, tivemos que nos contentar com a luz do sol e das estrelas que nossos olhos podem ver.

No entanto, a luz visível constitui uma pequena fatia da gama de energias que a luz pode possuir.

No século 20, aprendemos como detectar todo o espectro eletromagnético, desde os raios gama de maior energia até as ondas de rádio de menor energia.

Como resultado, os astrônomos literalmente viram o universo sob uma luz totalmente nova.

Uma série de fenômenos e acontecimentos no cosmos de repente se tornaram evidentes para nós, desde os espasmos de buracos negros supermassivos em núcleos de galáxias até o leve calor emanado por nuvens de gás onde os sistemas solares nascem.

Agora, no século 21, uma capacidade recém-descoberta de ver em ondas gravitacionais irá reforçar ainda mais nossos esforços para compreender o universo.

Fonte: www.ligo.caltech.edu/earthsky.org/www.nationalgeographic.com/www.birmingham.ac.uk/www.wisegeek.org/www.tat.physik.uni-tuebingen.de/spaceplace.nasa.gov/www.kavlifoundation.org