Ondulações no tecido do universo podem revelar o início dos tempos

Os cientistas fizeram progressos ao descobrir como usar ondulações no espaço-tempo conhecidas como ondas gravitacionais para olhar para o início de tudo o que conhecemos. Os pesquisadores dizem que podem entender melhor o estado do cosmos logo após o Big Bang, aprendendo como essas ondas viajam pelos planetas e o gás entre as galáxias no tecido do universo.

“Não podemos ver isso universo primitivo diretamente, mas talvez possamos vê-lo indiretamente observando como as ondas gravitacionais daquela época afetaram a matéria e a radiação que vemos hoje”, disse Deepen Garg, principal autor de um artigo que relata as descobertas no Jornal de Cosmologia e Física de Astropartículas. Garg é um estudante de pós-graduação no Programa de Física de Plasma de Princeton, baseado no Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE).

Garg e seu orientador Ilya Dodin, que é membro da Universidade de Princeton e do PPPL, adotaram essa técnica de suas pesquisas energia de fusão, o processo que alimenta o sol e as estrelas que os cientistas estão desenvolvendo para gerar eletricidade na Terra sem emitir gases de efeito estufa ou produzir resíduos radioativos de vida longa. Cientistas de fusão calculam como Ondas eletromagnéticas movem-se através do plasma, a sopa de elétrons e núcleos atômicos alimentando dispositivos de fusão conhecidos como tokamaks e stellarators.

Acontece que esse processo é semelhante ao movimento das ondas gravitacionais através da matéria. “Basicamente, usamos máquinas de ondas de plasma para trabalhar em um problema de onda gravitacional”, disse Garg.

As ondas gravitacionais, previstas pela primeira vez por Albert Einstein em 1916 como consequência de sua teoria da relatividade, são perturbações na Tempo de lazer causada pelo movimento de objetos muito densos. Movendo-se à velocidade da luz, eles foram detectados pela primeira vez em 2015 pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO) por meio de detectores no estado de Washington e na Louisiana.

Garg e Dodin criaram fórmulas que teoricamente poderiam levar ondas gravitacionais para descobrir propriedades ocultas de corpos celestes, como estrelas, muitos anos-luz de distância. À medida que as ondas fluem através da matéria, elas produzem luz cujas propriedades dependem da densidade da matéria.

Um físico poderia analisar essa luz e descobrir as propriedades de uma estrela a milhões de anos-luz de distância. Essa técnica também pode levar a descobertas sobre colisões de estrelas de nêutrons e buracos negros, remanescentes ultradensos de mortes estelares. Eles poderiam até revelar informações sobre o que aconteceu durante o Big Bang e os primeiros momentos do nosso universo.

A pesquisa começou sem nenhuma ideia de quão importante isso poderia se tornar. “Achei que seria um pequeno projeto de seis meses para um aluno de pós-graduação que precisava resolver algo simples”, disse Dodin. “Mas quando começamos a nos aprofundar no assunto, descobrimos que muito pouco era entendido sobre o problema e fomos capazes de fazer um trabalho teórico básico aqui.”

Os cientistas agora planejam usar a técnica para analisar dados em um futuro próximo. “Temos algumas fórmulas agora, mas obter resultados significativos exigirá mais trabalho”, disse Garg.