Instituto Karolinska
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Nobel da Física vai para ondas gravitacionais

O alemão Rainer Weiss e os americanos Barry Barish e Kip Thorne levaram o prêmio por suas contribuições ao observatório Ligo, nos EUA, que permitiram a detecção das sutis ondas que haviam sido previstas por Einstein 100 anos antes

Fábio de Castro, O Estado de S.Paulo

03 Outubro 2017 | 07h07

O Prêmio Nobel da Física de 2017 foi concedido nesta terça-feira, 3, ao alemão naturalizado americano Rainer Weiss e aos americanos Barry Barish e Kip Thorne por sua atuação no Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria a Laser  (Ligo, na sigla em inglês), nos Estados Unidos, que permitiu a detecção de ondas gravitacionais pela primeira vez na história. 

O anúncio foi feito nesta terça-feira, 3, pela organização que concede o prêmio, o Instituto Karolinska, na Suécia. De acordo com o comitê do Nobel, os cientistas laureados deram "decisivas contribuições ao detector Ligo e à observação de ondas gravitacionais".

As ondas gravitacionais foram previstas por Albert Einstein em sua Teoria Geral da Relatividade, publicada há cem anos, mas, extremamente sutis, elas pareciam - até mesmo para o próprio Einstein - impossíveis de detectar. Foi somente em 14 de setembro de 2015 que os cientistas finalmente detectaram, no Ligo, as tênues vibrações emitidas por dois buracos negros que giram um em em torno do outro, a 1,3 bilhão de anos-luz da Terra.

A descoberta foi divulgada no dia 11 de fevereiro de 2016, com grande impacto mundial. “Em 14 de setembro, tudo mudou”, afirmou Thorne na ocasião da divulgação. “Graças a essa descoberta, a humanidade embarca na maravilhosa exploração dos lugares mais extremos do Universo."

Antes da façanha, os físicos sempre utilizaram o espectro eletromagnético – que inclui a luz visível, o raio X e o infravermelho, por exemplo – para fazer suas descobertas. Mas o experimento provou que também é possível estudar o Universo a partir de outros tipos de ondas existentes. A partir dali, os cientistas se convenceram de que, se é possível detectar ondas gravitacionais, talvez seja possível descrever fenômenos que não emitem ondas eletromagnéticas suficientemente significativas para serem observadas. "Antes nós víamos o Universo. Agora, nós começamos a ouvi-lo”, disse Thorne na época.

Nascido em Berlim, na Alemanha, em 1932, Weiss é pesquisador do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT, na sigla em inglês), em Cambridge, nos Estados Unidos. Barish nasceu em 1936, em Omaha, no estado americano de Nebraska, e atua no Instituto de Tecnologia da California (Caltech), em Pasadena. Thorne nasceu em 1940, em Logan, no Utah, e também atua no Caltech.

"Minha reação foi de profunda satisfação. De que essencialmente as coisas saíram precisamente da maneira que eu esperava. E de que eu coloquei todas minhas energias na direção certa para ajudar a fazer isso acontecer. Estou contente por representar a incrível equipe que levou tudo isso adiante", disse Thorne ao receber a láurea.

Ao ser informado sobre a premição, por um telefonema da Academia Real de Ciências da Suécia, na manhã desta terça-feira, Weiss destacou imediatamente que o prêmio pertence a todos os que trabalharam nos projetos do Ligo, e não apenas aos três indivíduos indicados pelo comitê do Nobel. 

"Eu vejo isso mais como um reconhecimento do trabalho de cerca de mil pessoas. Um esforço realmente dedicado que tem sido feito - detesto ter que dizer - por 40 anos, com pessoas pensando sobre isso, tentando fazer uma detecção e às vezes falhando, no início, até que lentamente, mas seguramente, fosse possível conseguir a tecnologia para realizá-la. É muito, muito emocionante que tudo tenha dado certo no fim", afirmou Weiss.

O Instituto Karolinska anunciou em setembro um reajuste de 12% no valor dos prêmios Nobel, que permanecia o mesmo desde 2012: 8 milhões de coroas suecas, o equivalente a cerca de US$ 981 mil, ou R$ 3,1 milhões. Os vencedores de 2017 receberão 9 milhões de coroas, o que significa US$ 1,1 milhão, ou cerca de R$ 3,5 milhões.

Por ter desenvolvido as primeiras medições experimentais dos ruídos que poderiam interferir nas detecções, viabilizando todo o projeto, Weiss receberá metade do valor. A outra metade será dividida entre Thorne - que contribuiu com cálculos teóricos fundamentais - e Barish, que foi diretor do Ligo em um momento fundamental para o projeto, cumprindo uma função executiva essencial. 

Trabalho coletivo. Apesar do importante papel dos três laureados na descoberta das ondas gravitacionais, as pesquisas tiveram participação de mais de mil cientistas de 14 países, incluindo grupos brasileiros liderados por Odylio Aguilar, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), e pelo físico italiano Riccardo Sturani, do Instituto Internacional de Física de Natal, ligado à Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN).

Sturani disse ao Estado que os laureados mereceram o reconhecimento e que uma premiação para os estudos sobre ondas gravitacionais já era esperada. "Não tínhamos nenhuma dúvida, porque foi realmente uma revolução no jeito de observar o Universo. Weiss, Thorne e Barish tiveram um papel fundamental nessa revolução, porque é até difícil imaginar a existência do Ligo sem os trabalhos dos três", disse Sturani. 

O físico está envolvido com o projeto desde o fim de 1998. Na Itália, ele atuava no Virgo - um dos detectores de ondas gravitacionais que possui um acordo de troca de dados com o Ligo. Desde 2003 o físico vive no Brasil - ele atuou no Instituto de Física Teórica da Unesp até setembro do ano passado, quando foi para o instituto de Natal. Em todo esse período, a colaboração continuou. Seu grupo trabalhou na modelagem e análise dos dados de sinais obtidos pelo experimento e desenvolveu softwares de modelagem.

"Fiquei muito contente com o prêmio. Os líderes do projeto receberam o Nobel merecidamente, mas o reconhecimento sem dúvida se estente a todos que participaram desse grande trabalho coletivo", declarou Sturani.

Em novembro de 2015, quando a publicação da Teoria Geral da Relatividade de Einstein completou 100 anos, o físico George Matsas, do Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual Paulista (Unesp), já previa que a observação das ondas gravitacionais estava próxima, e que o feito renderia um prêmio Nobel. "Sabemos que as ondas gravitacionais estão lá, mas elas ainda não foram observadas diretamente. Isso deverá ser feito logo e com toda certeza renderá um Prêmio Nobel da Física", disse Matsas na ocasião.

Teoria confirmada. No fim de 1915, Einstein revolucionou a física ao propor que a gravidade não é uma força de atração, mas uma distorção no tecido do tempo-espaço produzida por objetos que possuem massa.

Segundo a teoria, a distorção causada por corpos muito grandes e acelerados deveriam produzir ondas no espaço-tempo, de maneira semelhante às ondulações produzidas por uma pedra atirada na água. Mas a detecção dessas ondas gravitacionais era quase impossível, já que são minúsculas, com amplitude milhares de vezes menor que o comprimento de um próton.

No fim da década de 1950, porém, a existência das ondas gravitacionais se tornou mais aceita, porque cálculos feitos por físicos teóricos haviam demonstrado que elas poderiam carregar energia suficiente para serem detectadas - pelo menos em princípio. 

Em meados da década de 1970, utilizando um grande radiotelescópio, os astrofísicos americanos Joseph Taylor e Russel Hulse observaram um par de estrelas extremamente densas - um pulsar duplo - e demonstraram que as estrelas rodavam uma em torno da outra, com velocidade crescente, enquanto perdiam energia e se aproximavam. A quantidade dessa perda de energia correspondia aos cálculos teóricos para as ondas gravitacionais, tornando sua oberrvação uma questão de tempo. A dupla recebeu um Prêmio Nobel da Física em 1993.

Ainda na década de 1970, Weiss analisou possíveis fontes de ruídos de fundo que podiam perturbar as medições. Para eliminar esse ruído, ele desenhou um detector baseado em interferometria laser. A partir daí, Weiss e Thorne já estavam totalmente convencidos de que as ondas gravitacionais poderiam mesmo ser detectadas.

No fim da década de 1980, Weiss, Thorne e o físico Ronald Drever - que morreu em março de 2017 - propuseram a construção de um observatório que pudesse detectar diretamente as ondas previstas por Einstein. O envolvimento de Barish começou no início da década de 1990 e, em 1997, ele se tornou diretor do Ligo em um momento crucial para o projeto. Em 2016, finalmente o objetivo foi cumprido e as ondas gravitacionais foram detectadas, revolucionando o conhecimento sobre o Universo.

Para conseguir a façanha, os cientistas observaram dois buracos negros que giraram um em torno do outro em uma galáxia distante, a 1,3 bilhão de anos-luz da Terra. Os dois corpos, com massa cerca de 30 vezes maior que a do Sol, aproximaram-se até se fundirem, gerando – por uma fração de segundo – uma grande emissão de ondas gravitacionais, cujos ecos foram “ouvidos”. Além de observar as ondas, o experimento foi o primeiro na história a detectar um sistema binário de buracos negros em colisão. 

UMA JANELA PARA O COSMOS

O que são as ondas gravitacionais?

Usando uma metáfora, os físicos as definem como “ondas no oceano cósmico”. Einstein descobriu com a Teoria Geral da Relatividade que os objetos que se movem no Universo e produzem ondulações no espaçotempo - uma espécie de tecido no qual se desenvolvem todos os eventos do Universo. Essas são as ondas gravitacionais.

Para que servem?

As ondas gravitacionais são “uma nova janela para o Universo”. Graças a elas é possível entender os mecanismos de algumas das ocorrências mais violentas do Cosmos, como as colisões entre buracos negros ou as explosões de estrelas. Com elas, seria possível até mesmo estudar o que aconteceu um milionésimo de segundo depois do Big Bang. Também marcarão o início de uma nova era na astronomia, porque o Universo é quase transparente para elas, o que permitirá observar fenômenos astrofísicos que de outra maneira permaneceriam ocultos - a formação de buracos negros ou como se comporta a matéria em condições extremas.

Por que são tão essenciais para explorar o Universo?

O conhecimento do Cosmos se faz agora, principalmente, por meio da radiação eletromagnética (luz visível, infravermelho e raios-X, por exemplo). Com ela se pode “ver”, enquanto que com as ondas gravitacionais seria como “ouvir” o Cosmos. Permitiriam passar através dos objetos que existem entre a Terra e o outro extremo do Universo, porque as ondas atravessam tudo.

Por que demorou tanto para saber de sua existência?

Alguns cientistas duvidavam de sua existência e outros pensavam que eram tão fracas que nunca poderiam ser detectadas. Mas, na década de 1970, a descoberta dos pulsares - estrelas de nêutrons que emitem luz enquanto giram - levou à primeira evidência indireta de sua existência. Além disso, os efeitos das ondas gravitacionais são tão pequenos que são necessários detectores gigantescos.

Como são os detectores? 

São enormes instalações que usam uma tecnologia chamada interferometria laser.O maior deles é o Ligo, nos Estados Unidos. Outros são o Virgo, na Itália, e o GEO600, na Alemanha. Até agora, os detectores estão na superfície terrestre, mas no futuro se situarão debaixo da terra e a missão eLisa da Agência Espacial Europeia vai colocar umdeles no espaço, o que permitirá detectar ondas gravitacionais em uma gama diferente de frequências. Elas “contêm a promessa do desconhecido”, assegura a página de colaboração científica da Ligo, pois “cada vez que os humanos olharam para o Cosmos com ‘olhos’ novos descobriram algo inesperado que revolucionou a forma como vemos o Universo e nosso lugar nele”.

Outros prêmios

Em 2016, o Prêmio Nobel de Física foi concedido aos pesquisadores britânicos David Thouless, Duncan Haldane e Michael Kosterlitz por suas descobertas teóricas sobre estados exóticos da matéria, que abrem caminho para o desenvolvimento de novos materiais com propriedades incomuns. 

Entre 1901 e 2016, 110 Prêmios Nobel de Física foram concedidos. Do total, 47 foram concedidos para um só pesquisador - apenas 2 eram mulheres. Um só cientista, o americano John Bardeen, ganhou o prêmio de Física duas vezes, em 1956 e em 1972. O mais jovem laureado foi Lawrence Bragg, que com apenas 25 anos de idade dividiu o prêmio de 1915 com seu pai, Henry Bragg. 

O prêmio de Física é o segundo da temporada do Nobel 2017. Na segunda-feira, 2, o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2017 foi concedido aos americanos Jeffrey Hall, Michael Rosbash e Michael Young, por suas descobertas sobre os mecanismos moleculares que controlam os chamados ritmos circadianos - uma espécie de relógio biológico interno que regula o metabolismo dos seres vivos. 

Nesta quarta-feira, 4, será anunciado o vencedor do prêmio de Química. O prêmio Nobel da Paz será anunciado na sexta-feira, 6 e o das Ciências Econômicas na segunda-feira, 9. A data para o Prêmio Nobel da Literatura ainda não foi divulgada.

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