Em um anúncio que abalou o Universo, um consórcio internacional de astrônomos apresentou evidências de que o próprio tecido do cosmos está constantemente vibrando com ondas gravitacionais que se estendem por anos-luz.

Essas perturbações de baixa frequência no espaço-tempo foram observadas com a ajuda de uma rede de pulsares, estrelas de nêutrons que giram rapidamente e se espalham por galáxias.

Os pulsares emitem pulsos regulares de luz de rádio, que servem como metrônomos cósmicos precisos, atingindo-nos uma vez por rotação estelar, centenas de vezes por segundo.

Como as ondas gravitacionais esticam e comprimem o espaço por onde passam, alterando ligeiramente as distâncias até os pulsares, sua presença pode ser inferida se esses batimentos metrônomos chegarem um pouco mais cedo ou mais tarde para fontes em um padrão específico pelo céu.

Embora os astrônomos estejam extremamente animados com esse último desenvolvimento, é compreensível se você estiver experimentando um pouco de déjà vu. Não detectamos ondas gravitacionais antes? Não sabíamos que elas estavam lá? É verdade que as matrizes de tempo de pulsar (PTAs) não nos trazem as primeiras evidências da existência das ondas gravitacionais.

Essa honra vai para o experimento LIGO, que, no final de 2015, detectou uma perturbação violenta no espaço devido à colisão de dois buracos negros de aproximadamente 30 massas solares em uma galáxia distante.

Desde então, o LIGO, em colaboração com os observatórios parceiros VIRGO e KAGRA, detectou um total de quase 100 eventos de fusão envolvendo buracos negros e estrelas de nêutrons.

A grande diferença está na frequência. Assim como a radiação eletromagnética - a luz - existe em um espectro, desde raios gama de alta frequência (curto comprimento de onda) até ondas de rádio de baixa frequência (longo comprimento de onda), as ondas gravitacionais também são geradas em diferentes frequências por diferentes tipos de eventos cósmicos.

Quando se trata de fusões, os principais fatores são as massas dos objetos e a velocidade com que estão girando um em torno do outro.

Buracos negros com massas estelares (os produzidos pelo colapso de estrelas massivas) giram rapidamente um em torno do outro centenas de vezes por segundo durante a inspiração final e criam uma rajada de ondas gravitacionais no momento da colisão.

Essas ondas têm altas frequências e comprimentos de onda curtos, correspondendo ao alcance de sensibilidade dos instrumentos que temos na Terra.

Pares de buracos negros supermassivos, por outro lado, emitem ondas gravitacionais apreciáveis quando orbitam com períodos de anos, criando ondas de anos-luz de comprimento e exigindo um detector do tamanho de uma galáxia, coletando dados ao longo de décadas.

A diferença entre o que o LIGO nos mostra e o que obtemos de uma PTA é como a diferença entre uma imagem de um telescópio óptico e uma de uma antena de rádio. Não apenas os dados e os métodos observacionais são completamente diferentes, mas também as lições que aprendemos sobre o Universo a partir deles.

Qual é toda essa agitação?

Então, o que exatamente a colaboração PTA descobriu? Até agora, o principal resultado, que foi visto com mais clareza pela colaboração NANOGrav, é que as ondas gravitacionais de baixa frequência existem no Universo ao nosso redor.

Embora essa divulgação inclua 15 anos de dados, ainda não é suficiente para nos mostrar fontes específicas. Mas o sinal é consistente com um coro cósmico de contribuições produzidas pelas órbitas finais de pares de buracos negros supermassivos que se fundem quando suas galáxias colidem.

Assumindo que o fundo é principalmente devido a colisões de buracos negros supermassivos, as informações contidas nele são impressionantes. Com apenas esses primeiros resultados preliminares, já há indicações de que as etapas finais das fusões de galáxias podem ser mais emocionantes do que esperávamos.

Por um lado, o sinal é um pouco mais alto do que os astrônomos pensavam que seria, com base nos cálculos mais simples de como as galáxias e seus buracos negros supermassivos colidem.

Isso pode indicar que os buracos negros supermassivos são, em média, mais massivos ou colidem com mais frequência do que o esperado. Há também indicações de que as colisões são facilitadas pelos ambientes astrofísicos em que ocorrem.

Isso significa que as regiões centrais das galáxias são um pouco caóticas e o efeito combinado de todas as estrelas, gás e talvez algumas coisas inesperadas ao redor delas estão fazendo com que os buracos negros supermassivos se aproximem mais cedo.

Com apenas mais alguns anos de observações e a combinação de dados de todas as PTAs, devemos começar a ver indícios de fontes individuais. Isso abre a perspectiva da astronomia de múltiplos mensageiros, em que um evento de ondas gravitacionais pode nos alertar para uma fusão em andamento que também podemos observar com um telescópio convencional.

Enquanto o experimento LIGO nos dá uma nova visão da formação e evolução estelar ao capturar os momentos finais de remanescentes estelares, as PTAs poderão nos mostrar a evolução e a formação de galáxias: as unidades básicas da estrutura em larga escala do Universo.

Claro, tudo isso depende de o sinal realmente se originar de colisões de buracos negros supermassivos. Podemos estar completamente errados sobre isso (os dados ainda são ambíguos) - o que seria a possibilidade mais empolgante até agora.

Processos violentos que podem ter moldado o Universo primitivo também podem produzir um fundo de ondas gravitacionais de baixa frequência, assim como certos tipos de matéria escura e algumas relíquias hipotéticas do Big Bang.

Detectar qualquer um desses, seja como sinal dominante ou como alguma contribuição a ele, revolucionaria completamente nossa compreensão de nossa história cósmica.

Frequentemente se diz que toda vez que abrimos uma nova janela para o Universo, encontramos algo completamente novo e inesperado. Nos próximos anos, o poder total das PTAs para iluminar nosso ambiente do espaço-tempo será revelado.

Talvez elas nos deem uma visão melhor da formação da estrutura cósmica; talvez elas nos surpreendam completamente. Pessoalmente, mal posso esperar para descobrir.

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