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Fusões de buracos negros poderiam gerar lentes gravitacionais; entenda

Daniele Cavalcante
·4 minutos de leitura

Eventos de lentes gravitacionais já são relativamente comuns na astronomia, e são usados para observar objetos cósmicos muitos distantes que, de outra forma, não poderiam ser muito bem analisados. Mas, teoricamente, pode haver outro tipo de lente gravitacional: as lentes criadas por ondas gravitacionais, e um novo estudo tenta provar isso.

As lentes são produzidas naturalmente, ou seja, não é possível criar uma lente gravitacional no espaço. Elas acontecem quando um objeto massivo — uma galáxia, por exemplo — distorce o caminho da luz de outro objeto mais distante — digamos que seja uma estrela. O campo gravitacional de um corpo atrai outros corpos compostos por matéria, mas em termos cósmicos, isso significa que uma distorção do espaço está ocorrendo em direção ao objeto massivo. Quando isso acontece, o caminho da luz também pode ser distorcido.

Galáxias são objetos muito massivos. Por isso, quando vemos uma galáxia distante (vamos chamá-la de A) na frente de outro objeto que seja uma fonte de luz (vamos chamá-la de B), pode ser que uma lente gravitacional aconteça. Se isso ocorrer, a luz de B será distorcida ao passar perto de A enquanto viaja até nós (lembre-se que só podemos enxergar A e B se a luz desses objetos puder viajar até chegar na Terra).

Pois bem, quando a lente gravitacional ocorre, é possível usá-la para observar B, que no nosso caso é uma estrela muito mais distante que A. Isso já é conhecido pelos astrônomos há algum tempo e é usado para observar galáxias antigas, por exemplo.

A imagem explica a lente gravitacional, fenômeno que resulta na distorção da luz em torno de um objeto de grande massa. As linhas brancas mostram o caminho da luz de uma fonte distante até um observador aqui na Terra, e as linhas laranjas mostram as posições aparentes do objeto para o observador (Imagem: Reprodução/NASA)
A imagem explica a lente gravitacional, fenômeno que resulta na distorção da luz em torno de um objeto de grande massa. As linhas brancas mostram o caminho da luz de uma fonte distante até um observador aqui na Terra, e as linhas laranjas mostram as posições aparentes do objeto para o observador (Imagem: Reprodução/NASA)

Ondas gravitacionais também podem ser produzidas conforme a matéria se move através do espaço, como ondulações em um lago criadas quando um barquinho de brinquedo navega na água, ou quando atiramos uma pedra. A maioria dessas ondulações gravitacionais são muito sutis para serem encontradas, mas ondas fortes causadas por colisões entre de buracos negros já são detectadas por instrumentos sensíveis na Terra.

Ao observar as ondas de várias fusões de buracos negros, os cientistas confirmaram elas viajam à velocidade da luz, exatamente como previsto pela lei da relatividade geral de Einstein. Isso significa que a gravidade também pode desviar as ondas. Então, poderiam existir lentes de ondas gravitacionais? Teoricamente, sim. Ondas gravitacionais e a luz viajam com a mesma velocidade constante e seus caminhos podem ser distorcidos e desviados porque essa velocidade é finita.

Se uma galáxia (vamos chamá-la novamente de A) deforma o espaço ao redor enquanto uma parte de onda gravitacional estiver perto do objeto, ela consequentemente terá que seguir o caminho que essa deformação aconteceu. Portanto, ela viajará um pouco mais do que o resto da onda que está se propagando em outras partes do universo e será desviada em direção à massa de A. Isso significa que se dois buracos negros colidirem, enviando uma explosão de ondas gravitacionais, essas ondas podem sofrer o mesmo efeito de lentes de A.

O problema é que isso pode ser muito difícil de se detectar. A equipe de cientistas que analisou esse possível efeito encontrou algumas coisas interessantes, como o fato de que as lentes de ondas gravitacionais fariam com que a fonte da onda original (no nosso exemplo, a colisão entre dois buracos negros) parecesse mais próxima do que realmente é. Se for verdade, isso pode ter implicações significativas para os astrônomos, já que eles usam essas distâncias para medir a taxa de expansão do universo.

O espaço distorcido pela gravidade de um objeto muda a distância que a luz de um objeto mais distante deve viajar (Imagem: Reprodução/APS/Alan Stonebraker)
O espaço distorcido pela gravidade de um objeto muda a distância que a luz de um objeto mais distante deve viajar (Imagem: Reprodução/APS/Alan Stonebraker)

Felizmente, as fusões de buracos negros que instrumentos como o LIGO e VIRGO detectaram até agora não emitiram nenhuma onda gravitacional com lentes. Seria muito interessante descobrir que já detectamos algo assim, mas isso significaria que os cientistas interpretaram os dados erroneamente ao usá-los para medir coisas como a taxa atual expansão do cosmos.

Provavelmente, os cientistas só serão capazes de detectar ondas gravitacionais com lentes quando observatórios de ondas gravitacionais mais sensíveis estiverem disponíveis. Até lá, estudos como este podem mostrar como as ondas podem fornecer informações ricas aos astrônomos, justificando assim mais investimento nesse tipo de observatório.

Fonte: Canaltech

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