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Cosmologia e Ondas Gravitacionais - II

Uma das características mais interessantes das ondas gravitacionais (OG) é a sua fraca capacidade de interagir com a matéria que encontram no caminho. Quer isto dizer que as OG produzidas durante os momentos iniciais do Universo viajaram até nós mantendo a marca característica do processo que lhes deu origem (à parte, é claro, o desvio para o vermelho devido à expansão do Universo). Sendo esta uma das propriedades mais interessantes das OG, uma vez que nos permite, em princípio, ver o Universo tal como foi criado há 12 mil milhões de anos, é no entanto uma das razões que tornam a sua detecção uma tarefa de dificuldade monumental.

O efeito das OG faz sentir-se na variação da distância entre duas massas em repouso e os métodos de detecção mais estudados no presente baseiam-se neste efeito. O pioneiro na construção de detectores de OG, Joseph Weber da Universidade de Maryland, chegou nos anos 60 a anunciar uma detecção, que infelizmente nunca chegou a receber confirmação independente. Os detectores de Weber eram basicamente cilindros maciços (massas da ordem de uma ou duas toneladas) que entravam em ressonância quando atravessados por uma onda gravitacional. Embora este tipo de detectores se encontre ainda em uso, a sua aplicação é limitada a alguns casos muito particulares e não têm qualquer relevância na detecção do Fundo Cosmológico de Ondas Gravitavionais (FCOG)

A partir dos anos 70 alguns grupos voltaram- -se para a interferometria como base para uma nova técnica de detecção de OG. Na ausência de uma onda gravitacional, duas massas suspensas na extremidade dos braços de um interferómetro encontram-se em repouso. Quando uma OG passa pelo detector, dependendo da sua orientação, as massas vão mover-se dando origem a padrões de interferência que podem ser analisados de forma a extrair as propriedades da OG vista pelo detector. O desenvolvimento desta técnica só tem sido possível devido a avanços espectaculares, quer nas tecnologias envolvidas na construção dos interferómetros, quer nas técnicas matemáticas necessárias para a análise do sinal produzido.

Actualmente o maior interferómetro construído e prestes a entrar em funcionamento é o LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) nos EUA com um comprimento de 4Km. Para ter uma ideia dos deslocamentos que pretendemos medir no nosso interferómetro, podemos imaginar duas massas, uma colocada em Londres e outra em Nova Iorque. Mesmo para os processos astrofísicos mais violentos ocorridos na Galáxia, o deslocamento relativo das duas massas seria da ordem de grandeza da dimensão típica de um núcleo atómico! Não deixa de ser divertido notar que a sensibilidade do detector LIGO é tal que os passos de alguém que decida dar um passeio nos campos em seu redor podem constituir uma das maiores fontes de ruído mecânico no sinal medido!

O problema da detecção torna-se ainda mais complicado no caso do FCOG, uma vez que para os detectores tal fundo confunde-se facilmente com ruído. Assim, temos duas opções: ou correlacionamos o sinal de dois detectores suficientemente afastados para que o verdadeiro ruido seja independente nos dois detectores (é assim que o LIGO, que é constituido por dois interferómetros, vai funcionar) ou, alternativamente, colocamos o interferómetro no espaço onde não é afectado por ruido mecânico de baixa frequência. O LISA (Laser Interferometer Space Antenna) deverá ser colocado em órbita até ao fim da próxima década e poderá ser o primeiro instrumento a mostrar-nos as primeiras fracções de segundo do Universo. Uma vez que o LISA e o LIGO sondam bandas de frequência diferentes (mHz para o LISA, KHz para o LIGO) uma detecção positiva em ambos os detectores possibilitaria uma visão ainda mais completa dos primeiros instantes do Universo.

A detecção das OG vai abrir uma janela sobre o Universo que revelará segredos até hoje praticamente inacessíveis. Para todos os que têm a sorte de poder trabalhar nesta fascinante área, a primeira detecção de OG será certamente um dos momentos mais emocionantes e inesquecíveis de toda a sua vida!

Fig. O detector de ondas gravitacionais LISA.
Doutor Luís E. Mendes
Imperial College, Universidade de Londres

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