A ciência do estudo das ondas gravitacionais acaba de ganhar um grande impulso graças à Agência Espacial Europeia. Seu comitê de programa científico acaba de aprovar a Antena Espacial de Interferômetro Laser – carinhosamente conhecida como LISA – para planejamento e construção oficial. Isso significa que os astrônomos de ondas gravitacionais darão os próximos passos para capturar informações sobre as ondas gravitacionais do espaço.
LISA – ou algo parecido – está nas pranchetas desde a década de 1980. O atual observatório LISA foi proposto cerca de uma década depois e os cientistas realizaram uma “missão de descoberta” para testar o seu projeto principal. Agora, será um conjunto completo de três espaçonaves com lançamento previsto para 2035 e deverá revolucionar os estudos de ondas gravitacionais.
A constelação de naves espaciais irá manobrar em três posições separadas numa órbita heliocêntrica semelhante à da Terra. Essencialmente, eles formarão um triângulo, unidos por raios laser que irão disparar cada um através de 2,5 milhões de quilômetros de espaço. Esses feixes serão os principais detectores de ondas gravitacionais. Quando uma onda passa, ela altera o comprimento de cada “braço” do laser.
Instrumentos sofisticados a bordo registrarão as mudanças e enviarão esses dados de volta à Terra para análise. As mudanças diferenciais no comprimento de cada braço darão aos cientistas informações cruciais sobre os objetos que colidiram para criar as ondas. Se tudo correr bem, o LISA tornar-se-á o primeiro observatório espacial dedicado exclusivamente a estas ondulações na estrutura do espaço-tempo.
Os próximos passos
A decisão de seguir em frente com o LISA é um passo formal denominado “adoção”. Basicamente, diz que a tecnologia para a missão, o conceito e o cronograma estão prontos para uso. Isso permite que a agência prossiga com a construção da espaçonave e sua instrumentação. A partir deste ponto, a agência está agora livre para solicitar e selecionar empreiteiros para a fabricação. O processo de design e montagem poderá começar já em janeiro de 2025.
O desenvolvimento do LISA não será fácil, de acordo com a cientista-chefe do projeto, Nora Lützgendorf. “LISA é um empreendimento que nunca foi tentado antes”, disse ela. “Usando raios laser a distâncias de vários quilômetros, a instrumentação terrestre pode detectar ondas gravitacionais provenientes de eventos envolvendo objetos do tamanho de estrelas – como explosões de supernovas ou fusão de estrelas hiperdensas e buracos negros de massa estelar. Para expandir a fronteira de estudos gravitacionais, devemos ir para o espaço. Graças à enorme distância percorrida pelos sinais de laser no LISA e à excelente estabilidade de sua instrumentação, sondaremos ondas gravitacionais de frequências mais baixas do que é possível na Terra, descobrindo eventos de uma escala diferente, todo o caminho de volta ao início dos tempos.”
Protegendo o LISA de influências externas no espaço
É claro que o espaço apresenta desafios únicos à missão da nave espacial. A esse respeito, a LISA enfrenta alguns tipos de questões semelhantes que a LIGO e outros enfrentam no terreno. Por exemplo, o barulho do solo causado por caminhões pesados que passam perturba os instrumentos LIGO. Isso significa que os seus cientistas têm de filtrar quaisquer perturbações de ondas não gravitacionais.
Felizmente, não há caminhões no espaço, mas o LISA enfrentará algumas forças de ondas não gravitacionais, como a leve pressão e o vento solar. Os cientistas irão contorná-los com alguns designs de naves espaciais muito inteligentes. Cada uma das três naves será equipada com telescópios, lasers e massas de teste feitas de ouro e platina revestidos de ouro.
Para proteger as massas de teste de influências externas (que podem “empurrar” as massas), elas flutuarão livremente dentro da espaçonave. Os cascos externos da nave absorverão as influências externas. Os propulsores ajustarão a posição da espaçonave e evitarão que as massas experimentem qualquer coisa, exceto as ondas gravitacionais alvo. O resultado deve ser uma captura muito “limpa” de dados de ondas gravitacionais de objetos e eventos distantes no universo.
Alvos de ondas gravitacionais do LISA
Esta complexa missão deverá ser capaz de capturar as ondulações no espaço-tempo produzidas quando objetos massivos colidem. Isso inclui as fusões de buracos negros supermassivos no coração das galáxias. Na nossa própria galáxia, o LISA deverá ser capaz de detectar fusões de anãs brancas ou estrelas de nêutrons. Os seus dados deverão fornecer aos astrônomos informações precisas sobre as distâncias a estes eventos e até mesmo sobre as suas localizações.
“Durante séculos temos estudado o nosso cosmos através da captura de luz. Combinar isto com a detecção de ondas gravitacionais está a trazer uma dimensão totalmente nova à nossa percepção do Universo,” disse Oliver Jennrich, cientista do projeto LISA. “Se imaginarmos que, até agora, com as nossas missões astrofísicas, temos observado o cosmos como um filme mudo, captar as ondulações do espaço-tempo com o LISA será uma verdadeira mudança de jogo, como quando o som foi adicionado aos filmes.”
Uma possibilidade muito interessante que o LISA poderia permitir é a detecção dos primeiros segundos após a ocorrência do Big Bang. Isso ocorre porque as ondas gravitacionais desse evento seminal transportarão informações de distância e intensidade. Não só isso, mas os dados do LISA também ajudarão os astrônomos a medir a taxa de expansão do Universo ao longo do tempo. Se tudo isso acontecer, provará a utilidade das ondas gravitacionais como uma forma única de medir as coisas no cosmos.
Publicado em 03/02/2024 16h32
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