Há um século, Albert Einstein previu, a partir da sua Teoria da Relatividade Geral, a existência de uma radiação produzida pela aceleração de massas, a qual ele chamou de ondas gravitacionais. Porém, o próprio Einstein achou que talvez essas ondas nunca fossem detectadas, uma vez que seus cálculos apontavam uma amplitude extraordinariamente pequena para qualquer uma delas, se produzidas em laboratório. Contudo, a partir dos avanços tecnológicos e com a possibilidade de observação de eventos catastróficos no Universo que poderiam gerar ondas gravitacionais muito mais fortes (tais como uma supernova resultante da explosão de estrelas, o choque de estrelas de nêutrons e/ou de buracos negros), essa detecção ocorreu.
Foi em 14 de setembro de 2015, às 6h51 da manhã (horário de Brasília), que os observatórios Ligo (sigla em inglês para Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria Laser), localizados em Louisiana e Washington, nos Estados Unidos, detectaram um sinal de ondas gravitacionais com aproximadamente 0,2 segundos de duração. A frente de onda chegou primeiro no observatório da Louisiana e 7,3 milissegundos depois no de Washington. Ao analisar os dados registrados nos dois observatórios utilizando GPS, para haver precisão na confirmação da coincidência dos dois sinais, concluiu-se que se tratava do sinal dos últimos dois décimos de segundos de órbita de dois buracos negros com massas aproximadamente iguais a 29 e 36 vezes a massa do Sol, seguido da colisão e formação de um único buraco negro de massa igual a 62 vezes a massa do Sol. A diferença em relação à massa total (65) foi irradiada na forma de ondas gravitacionais.
Assim, em fevereiro deste ano, a comunidade científica tomou conhecimento deste feito. A notícia de que as ondas gravitacionais finalmente haviam sido detectadas foi dada através de uma coletiva de imprensa promovida pela National Science Foundation (NSF) em Washington e por um artigo publicado, no mesmo mês, na revista Physical Review Letters. Além dos Estados Unidos, mais de 15 países estão envolvidos na Ligo Scientific Colaboration (LSC), responsável pela detecção, que reuniu cerca de mil cientistas de mais de 90 universidades e instituições de pesquisa.
Dentre os participantes, dois grupos de cientistas brasileiros integram oficialmente a colaboração Ligo através de projetos apoiados pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). Um deles é da Divisão de Astrofísica do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), em São José dos Campos, e o outro, do Instituto de Pesquisa Fundamental da América do Sul, filiado ao Centro Internacional de Física Teórica (ICTP/SAIFR, na sigla em inglês), localizado no Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual Paulista (IFT/Unesp), na cidade de São Paulo. No Brasil, os participantes da colaboração são Odylio Denys de Aguiar, Marcio Constâncio Júnior, César Augusto Costa, Allan Douglas dos Santos Silva, Elvis Camilo Ferreira e Marcos André Okada, todos do Inpe, e Riccardo Sturani, pesquisador do IFT/Unesp.
A participação brasileira começou em setembro de 2008, com a entrada do pesquisador César Costa na colaboração Ligo. Na época, o pesquisador foi morar nos Estados Unidos para realizar um pós-doutorado no Departamento de Física e Astronomia da Universidade Estadual da Louisiana, em Baton Rouge, cerca de 50 km do Ligo-Livingston. Desde então, ele tem trabalhado, juntamente com o grupo DetChar (do inglês, Detector Characterization), caracterizando o desempenho de vários sensores que monitoram o ambiente e a instrumentação do Ligo. Costa conta que sua participação foi fruto de décadas de estudo e dedicação à pesquisa em ondas gravitacionais, e que desde o final de sua graduação, ele tem trabalhado com Relatividade Geral, se especializando, no mestrado e doutorado (no Inpe), em fontes e detectores de ondas gravitacionais.
Essa participação do Brasil foi ampliada quando o Inpe, através da Divisão de Astrofísica, entrou na colaboração, em 2011, com Odylio Aguiar como principal investigador. "Em julho de 2011, entrei em contato com a professora Gabriela Gonzalez, porta-voz da colaboração, e com outros chefes de grupos, demonstrando interesse em entrar na colaboração. Em setembro de 2011, apresentei a proposta de adesão à colaboração, que basicamente era uma invenção na área de isolamento vibracional", conta Aguiar.
A proposta foi aceita e desde então foi criado o Grupo de Pesquisa em Ondas Gravitacioniais do Inpe (Gwinpe) dentro da LSC. "Quando o César (Costa) voltou dos Estados Unidos, em 2012, ele entrou no nosso grupo. Até o Riccardo Sturani já esteve no Gwinpe antes de formar o grupo próprio no IFT/Unesp", comenta Aguiar. "A entrada na colaboração Ligo, durante o meu pós-doutorado, financiado pela National Science Foundation, e a subsequente entrada do Inpe na colaboração, foram cruciais para minha participação direta nesta detecção" completa Costa.
Atualmente, além de Aguiar e Costa, dois alunos de doutorado, Marcio Constâncio Junior e Elvis Camilo Ferreira, trabalham nesse grupo, que também inclui um técnico, Marcos Okada, e um aluno de iniciação científica, Allan Douglas.
Quando se fala em dificuldades encontradas para se chegar a esse feito, Costa comenta que para ele a maior delas foi construir o instrumento, desenvolver a tecnologia para tal, entender como ele funciona e entender por que às vezes ele não funciona como deveria. "Para mim, bem como para os demais membros do DetChar, (a maior dificuldade) foi entender como filtrar todo aquele 'mar de ruídos' (sinais espúrios) e distingui-los de sinais gravitacionais" conta o pesquisador.
A participação brasileira através do Gwinpe na colaboração ocorre justamente nessa filtragem do "mar de ruídos", através da caracterização do desempenho de vários sensores que monitoram o ambiente e do aperfeiçoamento da instrumentação de isolamento vibracional do Ligo. O ambiente em torno do Ligo é monitorado com sismômetros, magnetômetros, microfone, geofones, entre outros, para garantir que os sinais encontrados nos dados não sejam de um caminhão passando na rodovia, das ondas quebrando na praia, de um terremoto, de uma descarga elétrica, ou mesmo de um avião passando sobre o sítio, por exemplo. Esse monitoramento faz uma filtragem dos dados, eliminando esses sinais, o que facilita a etapa seguinte, que seria a busca por sinais gravitacionais. "São milhares de canais auxiliares que monitoram essas coisas, e muito trabalho para comparar os dados com o canal gravitacional e limpá-lo da 'sujeira'", explica Costa. Assim, os brasileiros do Gwinpe participam auxiliando a eliminar dos dados coletados eventos espúrios. Além disso, há também a participação na atividade de resfriamento dos espelhos do Ligo. De acordo com Aguiar, o Gwinpe é um dos poucos grupos envolvidos nessa tarefa.
Para Aguiar, a participação brasileira, através do Gwinpe, se traduz em muito trabalho e prazos rígidos para execução. "A cada ano, temos que apresentar um relatório, contendo as atividades do ano anterior e propostas de trabalho para o ano seguinte, e sermos 'aprovados' para continuar na LSC por mais um ano". O que tem dado certo, visto que estão sendo "aprovados" para continuar na colaboração já há alguns anos. "Temos cumprido todos os prazos e requerimentos e cumprido também nossos deveres. Continuamos sendo membros da colaboração como um grupo forte e ativo", completa Costa.
O outro grupo, do IFT/Unesp, é dirigido por Riccardo Sturani e trabalha na modelagem e análise dos dados de sinais de sistemas estelares binários coalescentes, como os dois eventos detectados até agora. A modelagem é importante, uma vez que as ondas gravitacionais interagem fracamente com a matéria, o que torna necessário, além de detectores de alto desempenho, técnicas eficazes de análises e uma modelagem teórica precisa dos sinais.
Mas qual a importância dessa detecção?
"Essa detecção é tão ou mais importante que a confirmação da existência do Bóson de Higgs, sendo um dos eventos da física mais importantes deste século", afirma Aguiar. Assim também pensa Costa, que completa dizendo que este é um grande marco para a ciência contemporânea: "As ondas gravitacionais eram o último legado de Einstein, e sua detecção mostrou que a Teoria da Relatividade Geral modela o Universo perfeitamente em todos os aspectos que ela previu".
Com essa detecção, um novo ramo de pesquisa nasceu, a astronomia de ondas gravitacionais, abrindo uma nova janela para observarmos o Universo. Para Costa, nosso conhecimento sobre o Universo será ampliado de forma que não temos como prever. "É difícil saber o que o Universo terá a nos dizer daqui para frente. Mas uma coisa é certa: agora que sabemos como ouvi-lo não deixaremos de fazê-lo", conclui.