Albert Einstein previu a existência de ondas gravitacionais já em 1916 na sua teoria da relatividade geral. Estas ondulações do espaço-tempo são produzidas por massas em aceleração. Durante muito tempo, a sua detecção pareceu impossível devido à sua extrema fraqueza.
O projeto LIGO permitiu finalmente observar estas ondas em 2015, graças a interferómetros laser de grande precisão. Esta descoberta abriu uma nova janela para o Universo. Confirmou fenómenos violentos como as fusões de buracos negros.
A inflação cósmica teria gerado ondas gravitacionais primordiais de amplitude colossal. Ao contrário das ondas detectadas pelo LIGO, elas têm comprimentos de onda muito longos. O seu sinal está mergulhado no ruído de fundo dos detectores terrestres.
O futuro observatório espacial LISA utilizará três satélites para formar um interferómetro gigante. Separados por vários milhões de quilómetros, procurarão as ínfimas variações causadas por estas ondas antigas. O seu lançamento está previsto para a década de 2030.
Um projeto ainda mais ambicioso, o Big Bang Observer, prevê dezenas de satélites para uma sensibilidade aumentada. Poderá captar as ondas primordiais mais ténues. Por enquanto, permanece no estado de proposta sem financiamento concreto.
As três naves espaciais da missão LISA formarão um triângulo em órbita, com lados de 5 milhões de quilómetros e posicionados atrás da Terra. Seguirão órbitas semelhantes à da Terra, minimizando as mudanças de comprimento dos lados do triângulo.
Imagem NASA
A detecção destas ondas revelaria detalhes inéditos sobre os primeiros instantes do Universo. Permitiria testar as teorias sobre a inflação e a origem de todas as estruturas cósmicas.
O que é a inflação cósmica?
A inflação cósmica é uma teoria proposta nos anos 80 para explicar certas propriedades do Universo observável. Postula uma expansão exponencial ultra-rápida ocorrida cerca de 10-36 segundos após o Big Bang.
Esta fase durou uma ínfima fracção de segundo, mas aumentou o Universo por um factor considerável, de um factor 1026 ou até mais. Homogeneizou e aplanou o Universo, resolvendo assim vários problemas cosmológicos como o do horizonte e o da planura.
As provas indirectas que possuímos atualmente incluem as flutuações de densidade observadas no fundo cósmico de micro-ondas, que correspondem às previsões inflacionistas.
Ilustração da história do Universo.
Imagem: Colaboração BICEP2/CERN/NASA
Como se detectam as ondas gravitacionais?
As ondas gravitacionais são detectadas através de interferómetros laser que medem variações de distância minúsculas. Estes instrumentos utilizam nos instrumentos atuais braços perpendiculares com vários quilómetros de comprimento.
Quando uma onda gravitacional passa, alterna o comprimento dos braços, criando um padrão de interferência no laser. A sensibilidade necessária é excepcional, capaz de detectar mudanças inferiores ao tamanho de um átomo.
Os detectores como o LIGO estão isolados das vibrações terrestres e utilizam espelhos ultra-reflectores. Funcionam em rede para confirmar os sinais e localizar a sua fonte no céu.
As futuras missões espaciais como a LISA evitarão o ruído sísmico terrestre e poderão detectar ondas de frequência mais baixa, como as geradas logo após o Big Bang.