Físico explica como as ondas gravitacionais confirmam previsões de Einstein sobre estrelas em colapso.

As fivelas do seu núcleo, a sua luz cintila, e o que fica para trás - se a estrela for suficientemente massiva - é um remanescente compacto que deforma o espaço de tal forma que nem a luz consegue escapar. Durante um século, este drama viveu em equações e em impressões de artistas. Depois, os nossos instrumentos aprenderam a ouvir o próprio espaço-tempo. O som mudou tudo.

Eu estava numa sala de controlo quando o primeiro “chilreio” atravessou o ecrã, um traço fino e ascendente num espectrograma que parecia quase um canto de pássaro mal audível. O edifício vibrava, o café já tinha arrefecido, e alguém sussurrou sem querer, como se pudéssemos assustar o sinal e fazê-lo desaparecer. Por um instante, o universo pareceu próximo. É uma sensação estranha encontrar uma teoria sob a forma de som. Mais estranho ainda quando o som diz que Einstein tinha razão - precisamente onde as estrelas se desfazem. Há, porém, um senão.

O Que Einstein Queria Realmente Dizer com Ondulações no Espaço-Tempo

A grande aposta de Einstein foi tratar a gravidade não como uma força, mas como geometria. Objetos massivos dizem ao espaço-tempo como se curvar; o espaço-tempo curvo diz aos objetos como se mover. Se abanarmos essa geometria com força suficiente - ao fazer colidir duas estrelas colapsadas - lançamos ondas gravitacionais: ondulações que transportam energia, momento e um registo límpido do que as causou. Não são como o som no ar. São esticões e compressões do próprio espaço, incrivelmente ténues, passando com uma deformação do tamanho da largura de um protão ao longo de quilómetros.

Quando o LIGO registou pela primeira vez a GW150914, dois buracos negros numa órbita condenada debateram-se nas suas órbitas finais em menos de um segundo. A frequência subiu de uns graves 35 hertz para uns brilhantes 150 - o “chilreio” clássico. O padrão - quão depressa o tom sobe e quão rapidamente se desvanece - coincidiu com as previsões obtidas a partir das equações de campo de Einstein, resolvidas em supercomputadores. Sem ajustes ad hoc. Sem truques escondidos. Apenas a espiralização, a fusão violenta e, depois, o “ringdown”, como um sino atingido a assentar de novo no silêncio.

Esse ringdown é importante. Após o choque, o novo buraco negro deverá comportar-se como um buraco negro de Kerr perfeito, descrito apenas por massa e rotação. As suas vibrações - modos quase-normais - têm frequências e tempos de decaimento específicos. As deteções até agora alinham-se com isso. E quando um par de estrelas de neutrões colidiu na GW170817, as ondas gravitacionais e o clarão de raios gama chegaram quase ao mesmo tempo após 130 milhões de anos de viagem. A velocidade da gravidade coincidiu com a da luz com uma precisão de cortar a respiração, eliminando classes inteiras de teorias alternativas. É uma vitória limpa para a imagem de Einstein sobre estrelas em colapso e os seus remanescentes.

Como Ler um “Chilreio” de Ondas Gravitacionais Como um Físico

Comece pelo gráfico tempo–frequência. Procure um traço ténue que curva para cima e para a direita ao longo de um segundo ou dois. Frequência baixa no início, depois mais alta e, de repente, desaparece. Essa curva diz-lhe a “massa de chilreio” (chirp mass), uma combinação especial das massas dos dois objetos. Feche os olhos e imagine dois patinadores a puxarem os braços para dentro; a rotação acelera. Aqui é a mesma ideia. A partir dessa aceleração, pode inferir quão pesados têm de ser os objetos compactos.

Depois, verifique a fase - o alinhamento preciso das ondulações em toda a rede de detetores. Quando Hanford, Livingston e Virgo “ouvem” o mesmo padrão com um pequeno atraso, é possível triangular a posição no céu. Não tenha medo do jargão: espiralização (inspiral), fusão (merger) e ringdown são apenas fases. A espiralização é o namoro, a fusão é o embate, o ringdown é a equipa de limpeza. Sejamos honestos: ninguém faz isto todos os dias. Ainda assim, depois de comparar os dados com um banco de modelos (template bank), percebe-se porque é que a filtragem casada (matched filtering) é o padrão-ouro para pescar um sussurro no meio do ruído sísmico.

Todos já tivemos aquele momento em que um gráfico parece hieróglifos, até que um único rótulo faz “clique” e tudo se ilumina. Para as ondas gravitacionais, esse clique é perceber que a forma do sinal é a física.

“Se a luz lhe mostra o aspeto de uma estrela, as ondas gravitacionais dizem-lhe o que ela está a fazer”, costumava dizer o meu antigo orientador.

• Dica 1: Um chilreio mais baixo e mais longo costuma significar objetos mais leves - provavelmente estrelas de neutrões.
• Dica 2: Um surto curto e carregado de graves indica, em geral, buracos negros mais pesados.
• Dica 3: Um pico claro de ringdown sugere que está a ouvir o buraco negro recém-nascido a estabilizar.
• Dica 4: Um contrapartida ótica brilhante? Pense em fusão de estrelas de neutrões e ouro acabado de forjar.

Porque Isto Muda a Forma Como Pensamos Sobre Estrelas no Fim da Vida

As ondas gravitacionais provam que o desfecho das estrelas massivas já não é mera especulação. Existem pares de buracos negros em números surpreendentes e fundem-se com frequência suficiente para que os nossos detetores soem semanalmente em boas campanhas de observação. As formas de onda não dizem apenas “duas coisas pesadas colidiram”. Revelam rotações, razões de massa e, por vezes, pequenas inclinações orbitais - impressões digitais de como estas estrelas mortas viveram em tempos: se eram irmãs próximas a partilhar gás ou desconhecidas que se encontraram num enxame estelar denso e dançaram até ao desastre.

Ponto-chave	Detalhe	Interesse para o leitor
As ondulações de Einstein são reais	Dezenas de fusões registadas com formas de onda que coincidem com a RG	Confiança de que a física do colapso estelar não é conversa vaga
Velocidade da gravidade = velocidade da luz	GW170817 e o seu clarão de raios gama chegaram quase em simultâneo	Quadro mais limpo das regras cósmicas, menos desvios exóticos
Os buracos negros “soam” como sinos	As frequências de ringdown coincidem com as previsões de Kerr	Um teste ao teorema da ausência de cabelo que se consegue visualizar

FAQ:

• O que é exatamente uma onda gravitacional? Uma ondulação no espaço-tempo lançada por massas em aceleração, sobretudo por objetos compactos em espiral um em direção ao outro.
• “Ouvimos” estrelas individuais a colapsar? Ainda não com certeza. Supernovas de colapso do núcleo provavelmente emitem ondas, mas os detetores atuais ainda não captaram uma clara.
• Como sabemos que estes sinais confirmam Einstein? As suas formas, velocidades e ringdowns coincidem com previsões precisas da relatividade geral, sem parâmetros extra.
• As ondas gravitacionais atravessam-nos? Sim, constantemente, com deformações na ordem de 10⁻²¹. Não as sente; os nossos interferómetros mal as detetam.
• Podem ajudar a medir o universo? Sim. “Sirenes padrão” usam a amplitude da onda para estimar a distância, ajudando estudos sobre a expansão cósmica.