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Cientistas veem pela primeira vez colisão de estrelas de nêutrons

Pela primeira vez pesquisadores detectaram ondas gravitacionais ao mesmo tempo em que captavam imagens da explosão luminosa causada após choque; todo o fenômeno foi observado por mais de 70 telescópios simultaneamente

Fábio de Castro, O Estado de S.Paulo

16 Outubro 2017 | 13h19
Atualizado 17 Outubro 2017 | 14h39

SÃO PAULO - Um grupo grande internacional de cientistas anunciou nesta segunda-feira, 16, a detecção histórica de um conjunto de fenômenos astrofísicos nunca antes observados. Os pesquisadores conseguiram flagrar a colisão de um par de estrelas de nêutrons - um dos eventos mais violentos do Universo - que produziu, ao mesmo tempo, a emissão de ondas gravitacionais, de uma poderosa torrente de raios gama e uma explosão luminosa um bilhão de vezes mais brilhante do que o Sol.

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De acordo com os cientistas, pela primeira vez um evento cósmico foi observado ao mesmo tempo a partir da luz e das ondas gravitacionais por ele produzidas. Os fenômenos foram identificados por observatórios de raios gama e de ondas gravitacionais, e acompanhados por mais de 70 telescópios espalhados pela Terra e pelo espaço. 

O anúncio da nova descoberta foi feito simultaneamente por cientistas do Observatório Europeu do Sul (ESO, na sigla em inglês), em Garching, na Alemanha e no Observatório do Paranal, também operado pelo ESO no deserto do Atacama, no Chile, da União Astronômica Internacional (IAU) e do observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria a Laser (Ligo, na sigla em inglês). Os estudos científicos que descrevem e interpretam as novas observações foram publicados nas revistas Science, Nature, Physical Review Letters e The Astrophysical Journal

“O que é incrível nessa descoberta é que pela primeira vez temos um quadro completo de um dos eventos mais violentos e cataclísmicos do universo. Esse foi o mais intenso trabalho de observação já feito”, disse o diretor executivo do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria a Laser (Ligo), Dave Reitze, durante o evento na Alemanha.

 

Segundo Reitze, as estrelas de nêutrons são as menores e mais densas estrelas conhecidas. Elas podem ter cerca de 20 quilômetros de diâmetro, apenas, mas têm mais massa que o Sol e seu interior é tão denso que uma colher de chá desse material tem a massa equivalente a um bilhão de toneladas. 

"A história que estamos contando aqui é mais completa que a de qualquer outro evento astronômico já observado na história. Com informações tanto sobre as ondas gravitacionais como sobre as ondas eletromagnéticas (como a luz visível, o infravermelho e o raio-X) - que são fenômenos completamente diferentes, é como se tivéssemos sido capazes de ver e ouvir o mesmo evento pela primeira vez", disse um dos participantes das pesquisas, Gregg Hallinan, da Caltech.

De acordo com outro participante, o cientista Tony Piro, da Carnegie Institution for Science, a nova observação é revolucionária para a ciência. "A capacidade de estudar o mesmo evento tanto pelas ondas gravitacionais como pela luz é uma verdadeira revolução na astronomia. Nós agora podemos estudar o Universo com dois tipos de sondas, o que nos ensinará coisas que nunca saberíamos se utilizássemos só a luz ou só as ondas gravitacionais", declarou Piro.

 

Previstas pelo físico Albert Einstein em 1915, as ondas gravitacionais surgem quando corpos muito grandes e acelerados produzem distorções na geometria do espaço-tempo, de maneira semelhante às ondulações produzidas por uma pedra atirada na água.

No entanto, só um século depois, em 2015, foi possível observá-las pela primeira vez e comprovar sua existência. Em setembro daquele ano, as ondas gravitacionais foram no Ligo, a partir da fusão entre dois buracos negros em galáxias distantes. O feito rendeu o Nobel da Física de 2017 ao alemão naturalizado americano Rainer Weiss e aos americanos Barry Barish e Kip Thorne, que coordenaram a construção do Ligo na década de 1990. 

Em 2016 e em 2017, as ondas gravitacionais foram detectadas mais quatro vezes. Mas, em todas elas, as ondas haviam sido produzidas pela fusão de buracos negros, que não produzem nenhuma luz, tornando o fenômeno completamente invisível para os telescópios ópticos. Desta vez, como se tratava da colisão de estrelas de nêutrons, os cientistas conseguiram não apenas "ouvir", mas também enxergar a violenta trombada dos corpos que produziram as ondulações no espaço tempo.

 

A sequência extraordinária de eventos observada pelos cientistas começou com os dois detectores gêmeos do Ligo - localizados na Loisiana e em Washington, nos Estados Unidos. No dia 17 de agosto de 2017, eles capturaram os tremores no espaço-tempo produzidos pela fusão das duas estrelas de nêutrons a 130 milhões de anos-luz da Terra. 

Inicialmente separadas por 320 quilômetros, as duas estrelas - cada uma delas um pouco mais pesada que o Sol - giravam uma em volta da outra 30 vezes por segundo. Rapidamente, elas se aproximaram, acelerando a órbita a 2 mil voltas por segundo. A vibração das ondas gravitacionais produzidas no momento da fusão durou cerca de 100 segundos.

Dois segundos depois, o telescópio Fermi, da Nasa, captou uma intensa explosão de raios gama, emitidos a partir dos polos do novo corpo celeste que se formava com o monumental impacto da colisão. Um alerta foi acionado para astrônomos de vários lugares do mundo. Em algumas horas, mais de 70 telescópios - na Terra e no espaço - estavam observando o brilho da explosão. 

O impacto foi tão intenso que perturbou a geometria do espaço-tempo, produzindo ondas gravitacionais que puderam ser detectadas na Terra. Ao mesmo tempo, a fusão lançou ao espaço uma torrente de raios gama e uma explosão luminosa um bilhão de vezes mais brilhante que o Sol. 

Quando as estrelas de nêutrons colidiram, elas emitiram uma intensa explosão de raios gama e expeliram uma grande quantidade de materiais que, naquelas condições, se transformaram elementos pesados, como ouro, platina e urânio. 

Os cientistas já suspeitvam que as colisões de duas estrelas de nêutrons poderiam ser violentas o suficiente para criar os elementos mais pesados, mas não só agora esse tipo de fenômeno foi de fato observado e confirmado.

Participação brasileira. Um dos instrumentos utilizados na observação inédita do fenômeno é o telescópio robótico brasileiro T80-Sul, localizado no Chile. Inaugurado há seis meses e operado remotamente por 18 cientistas brasileiros de seis instituições, o telescópio de US$ 2,5 milhões foi financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e pelo Observatório Nacional (ON).

"Estamos muito satisfeitos com os frutos colhidos pelo projeto do telescópio T80-S, logo no início de seu funcionamento já fazendo parte desta descoberta histórica", disse a coordenadora do T80-Sul, Claudia Mendes de Oliveira, professora do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da Universidade de São Paulo (USP). 

De acordo com Claudia, no dia 17 de agosto, após a captação das ondas gravitacionais e da explosão de raios gama, a equipe brasileira foi chamada para ajudar a localizar a fonte do fenômeno. "Foi um esforço internacional com mais de 70 observatórios olhando para o mesmo evento. Nós conseguimos medir a taxa extremamente rápida de diminuição do brilho [das estrelas de nêutrons]", afirmou Claudia.

Segundo ela, a descoberta é histórica não apenas pela natureza dos objetos observados, mas também porque ela dará aos cientistas informações sobre os processos de formação dos elementos químicos, porque acredita-se que esses processos de fusão de estrelas de nêutrons podem dar origem a mais de um terço dos elemento spesados existentes na tabela periódica.

"Há também a possiblidade de utilizar essas observações para poder medir a taxa de expansão do Universo local. Realmente é muito interessante e animador obter esses resultados - e estamos felizes porque esse telescópio robótico que está funcionando há apenas seis meses já faz parte desse momento histórico", afirmou.

O diretor do IAG, Pedro Dias, afirmou que ainda não se tem ideia da extensão dos impactos da nova descoberta, mas eles certamente não se limitarão à astronomia. 

"Por trás de todo o processo que levou a essa descoberta há um desenvolvimento tecnológico que vai se reverter em impactos em várias áreas, incluindo as ciências da saúde e a medicina. Essa descoberta mostra a importância da colaboração científica internacional", disse Dias.

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