Há algo um pouco estranho em nossa teoria do universo. Quase tudo se encaixa, mas há uma mosca na pomada cósmica, uma partícula de areia no sanduíche infinito. Alguns cientistas acham que a culpada pode ser a gravidade – e que ondulações sutis na estrutura do espaço-tempo podem nos ajudar a encontrar a peça que falta.
Um novo artigo de coautoria de um cientista da Universidade de Chicago mostra como isso pode funcionar. Publicado em 21 de dezembro na Physical Review D, o método depende de encontrar tais ondulações que foram dobradas ao viajar através de buracos negros supermassivos ou grandes galáxias em seu caminho para a Terra.
O problema é que algo está fazendo o universo não apenas se expandir, mas se expandir cada vez mais rápido com o tempo – e ninguém sabe o que é. (A busca pela taxa exata é um debate contínuo na cosmologia).
Os cientistas propuseram todos os tipos de teorias sobre o que poderia ser a peça que faltava. “Muitos deles dependem da mudança na forma como a gravidade funciona em grandes escalas”, disse o co-autor do artigo Jose María Ezquiaga, um pós-doutorado da NASA Einstein no Instituto Kavli de Física Cosmológica na UChicago. “Portanto, as ondas gravitacionais são o mensageiro perfeito para ver essas possíveis modificações da gravidade, se elas existirem.”
As ondas gravitacionais são ondulações na própria estrutura do espaço-tempo; desde 2015, a humanidade tem sido capaz de pegar essas ondulações usando os observatórios LIGO. Sempre que dois objetos extremamente pesados colidem em outro lugar do universo, eles criam uma ondulação que viaja pelo espaço, carregando a assinatura de tudo o que o fez – talvez dois buracos negros ou duas estrelas de nêutrons colidindo.
No artigo, Ezquiaga e o co-autor Miguel Zumalácarregui argumentam que se essas ondas atingissem um buraco negro supermassivo ou aglomerado de galáxias em seu caminho para a Terra, a assinatura da ondulação mudaria. Se houvesse uma diferença de gravidade em comparação com a teoria de Einstein, a evidência estaria embutida nessa assinatura.
Por exemplo, uma teoria para a peça que falta no universo é a existência de uma partícula extra. Tal partícula geraria, entre outros efeitos, uma espécie de fundo ou “meio” em torno de objetos grandes. Se uma onda gravitacional em viagem atingisse um buraco negro supermassivo, ela geraria ondas que se misturariam com a própria onda gravitacional. Dependendo do que encontrou, a assinatura da onda gravitacional pode carregar um “eco” ou aparecer embaralhada.
“Esta é uma nova maneira de investigar cenários que não poderiam ser testados antes”, disse Ezquiaga.
O artigo apresenta as condições de como encontrar esses efeitos em dados futuros. A próxima execução do LIGO está programada para começar em 2022, com uma atualização para tornar os detectores ainda mais sensíveis do que já são.
“Em nossa última observação com o LIGO, vimos uma nova onda gravitacional lendo a cada seis dias, o que é incrível. Mas em todo o universo, achamos que eles estão realmente acontecendo uma vez a cada cinco minutos”, disse Ezquiaga. “Na próxima atualização, poderemos ver muitos deles – centenas de eventos por ano.”
Os números aumentados, disse ele, tornam mais provável que uma ou mais ondas tenham viajado através de um objeto massivo, e que os cientistas serão capazes de analisá-los em busca de pistas para os componentes ausentes.
Zumalácarregui, o outro autor do artigo, é cientista do Instituto Max Planck de Física Gravitacional na Alemanha, bem como do Centro de Física Cosmológica de Berkeley no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e da Universidade da Califórnia, Berkeley.
Publicado em 01/01/2021 15h06
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