Uma onda gravitacional recorde está ajudando a testar a teoria da relatividade geral de Einstein

“O que é fantástico é que o evento é praticamente idêntico ao primeiro que observamos há 10 anos, GW150914. A razão pela qual é muito mais claro é simplesmente porque os nossos detectores se tornaram muito mais precisos nos últimos 10 anos”, disse o físico da Cornell Keefe Mitman, pesquisador de pós-doutorado do Hubble da NASA no Centro Cornell de Astrofísica e Ciência Planetária da Faculdade de Artes e Ciências.

Um esforço global para estudar colisões de buracos negros

Mitman é coautor do estudo que examina este sinal, intitulado “Espectroscopia de Buraco Negro e Testes de Relatividade Geral com GW250114”, que foi publicado em Cartas de revisão física em 29 de janeiro. O artigo foi produzido pela Colaboração Científica LIGO juntamente com a Colaboração Virgo na Itália e a Colaboração KAGRA no Japão. Os cientistas da Cornell desempenharam papéis importantes no projeto LIGO-VIRGO-KAGRA desde o seu início no início dos anos 1990.

A onda gravitacional conhecida como GW250114 foi criada quando dois buracos negros colidiram, enviando ondulações através do espaço-tempo. Esse sinal chegou aos Observatórios de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO), com sede nos EUA, em 14 de janeiro de 2025. Cada onda gravitacional é nomeada de acordo com a data em que foi detectada, e a equipe LIGO-VIRGO-KAGRA anunciou publicamente esta em setembro de 2025. De acordo com a análise de Mitman e seus colegas, o sinal se comporta exatamente como a relatividade geral prevê. Ao mesmo tempo, os investigadores acreditam que nem todas as fusões de buracos negros seguirão tão de perto as regras de Einstein, o que poderá abrir novas portas na física fundamental.

Como os buracos negros revelam seus segredos

Quando dois buracos negros se fundem, o objeto recém-formado vibra, como um sino tocado. Essas vibrações produzem tons distintos definidos por duas medidas, explicou Mitman: uma frequência de oscilação e um tempo de amortecimento. Medir um único tom permite aos cientistas calcular a massa e a rotação do buraco negro final. A detecção de dois ou mais tons torna possível realizar verificações múltiplas e independentes dessas mesmas propriedades, conforme previsto pela relatividade geral.

“Se essas duas medições concordarem entre si, estamos efetivamente verificando a relatividade geral”, disse Mitman. “Mas se você medir dois tons que não correspondem à mesma combinação de massa e spin, poderá começar a sondar o quanto se desviou das previsões da relatividade geral.”

No caso do GW250114, o sinal era claro o suficiente para que os cientistas medissem dois tons e limitassem um terceiro. Todos esses resultados correspondiam à teoria de Einstein.

Procurando rachaduras na teoria de Einstein

E se as medições tivessem discordado?

“Então teríamos muito trabalho a fazer como físicos para tentar explicar o que está acontecendo e qual seria a verdadeira teoria da gravidade em nosso Universo”, disse Mitman. Ele e os seus colaboradores pensam que é possível que os futuros sinais de ondas gravitacionais não se alinhem totalmente com a relatividade geral, oferecendo pistas para mistérios de longa data.

Os físicos já suspeitam que a relatividade geral não pode ser a palavra final sobre a gravidade. Como observou Mitman, a teoria não explica fenómenos como a energia escura e a matéria escura, e falha quando os cientistas tentam conciliá-la com as leis que regem o mundo quântico.

“Tem que haver alguma forma de resolver este paradoxo para tornar a nossa teoria da gravidade consistente com a nossa teoria da mecânica quântica”, disse Mitman. “Nesse sentido, esperamos que haja algum desvio da previsão clássica de Einstein, onde poderá ver assinaturas de gravidade quântica impressas nestes sinais de ondas gravitacionais.

“A esperança é que um dia veremos esses desvios e isso nos ajudará a guiar-nos sobre o que poderia ser a verdadeira teoria da gravidade quântica”.