Posted by: Aba Cohen | March 18, 2014

BICEP2 detecta ondas gravitacionais

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Mapa mostrando as direções de polarização da RCF em função da direção do eixo de observação do polarímetro instalado no Polo Sul; créditos BICEP2

Cientistas que trabalham com dados gerados pelo polarímetro do programa BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarisation) instalado no telescópio da Estação Amundsen-Scott, localizada no Polo Sul, anunciaram há poucas horas, resultados surpreendentes e de grande confiabilidade, que demonstram os efeitos de ondas gravitacionais sobre a polarização da Radiação Cósmica de Fundo RCF (ou CBM na sigla em inglês). Essa radiação, que vem do espaço extragaláctico e pode ser detectada por instrumentos especiais -independente do ponto de nosso planeta em que forem instalados (na realidade em qualquer ponto do Universo), corresponde ao “eco” eletromagnético remanescente do Universo primordial, após decorridos 380 mil anos do Big Bang (ver o diagrama abaixo). Os resultados mostram que a RCF tem polarizações específicas (direções preferenciais dos campos elétrico e magnético da luz) cujas orientações mudam de modo bastante nítido -seguindo uma distribuição de grande harmonia- conforme se varia a direção do Universo para a qual se aponta o eixo de observação do polarímetro – ver a figura acima.  Ainda que a figura ou os resultados divulgados não mostrem as ondas gravitacionais propriamente ditas, eles mostram os nítidos efeitos provocados por tais ondas. Isto equivale ao que ocorre em uma plantação de trigo (ou capinzal) que é capaz de registrar os efeitos de ondas de vento em diferentes regiões daquele campo.

Entenda como o FiísicaFacil explica esse efeito de modo simples: Pela Teoria Geral da Relatividade (TRG), proposta por Einstein em 1915, qualquer massa (inércia) mergulhada no tecido espaço-temporal (ou seja qualquer massa no Universo), apresenta uma resistência às acelerações (efeito percebido por Galileu, matematizado por Newton e explicado por Einstein). Como resultado, essa resistência às acelerações produz alterações nesse tecido (que conhecemos por gravidade), que, em reação ao rompimento da resistência (o acelerar da massa), produz ondas gravitacionais que propagam através do espaço-tempo. Esse efeito é semelhante ao que acontece quando se acelera uma carga elétrica, só que em vez da emissão de ondas eletromagnéticas no caso da carga acelerada, uma massa acelerada emite ondas gravitacionais -para saber mais leia nosso post “How inertia creates gravity”. A detecção de tais ondas é extremamente difícil pois elas são muito tênues e, apesar da existência de sistemas de detecção montados em diversos laboratórios, elas ou seus efeitos não haviam sido detectados até agora.

O grupo do BICEP2 mediu o efeito das ondas gravitacionais viajantes (ou, no modelo equivalente, mediu o efeito das ondas de ar, ou rajadas de vento), através do registro da orientação da direção de polarização da luz por onde as ondas passaram (ou equivalentemente, capturando a imagem do campo de trigo de uma época em que as correntes de vento eram suficientemente fortes para distorcer o trigal… aqui e ali…) nos primórdios do Universo; pela TRG, a luz revela as distorções do tecido espaço-temporal produzindo, por exemplo, o conhecido efeito das “lentes gravitacionais”. No presente caso, a existência de massas descomunalmente grandes, concentradas nos primeiros instantes do Universo, sofrendo acelerações extremas causadas na sequência da “grande inflação” do Universo, foram capazes de distorcer o espaço-tempo de modo específico, conforme as diferentes regiões por onde tais ondas viajaram. Esse “vento, soprado sobre o campo de trigo” do Universo primordial se configura como a primeira evidência dos efeitos das ondas gravitacionais. Essa técnica (BICEP) de se estudar a RCF revela uma evidência adicional, INDEPENDENTE DAS DEMAIS, que comprova a ocorrência do Big Bang; ela abre campo para uma série de estudos relacionados ao fenômeno da criação/surgimento do Universo. Caso essas medidas sejam confirmadas por outros grupos de pesquisa (e ao que tudo indica elas serão), é certo que esse trabalho pioneiro, que acaba de ser divulgado, valerá o Prêmio Nobel de Física para seus idealizadores.

A figura abaixo é um diagrama que mostra como as ondas gravitacionais afetam a RCF (ou CBM).

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Este diagrama mostra como as ondas gravitacionais evoluiram à partir do Big Bang, com um primeiro momento de extrema inflação do espaço-tempo, seguido por 380 mil anos de opacidade do Universo (a luz era espalhada pelos elétrons não acoplados aos núcleos H) e a partir daí como a RCF pôde viajar Universo afora, sofrendo os efeitos de polarização provocados pelas ondas gravitacionais (circulo laranja evoluindo para o circulo azul) chegando até nós depois de 13,8 bilhões de anos.


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