Questões sobre ondas gravitacionais

Minhas respostas a questões recebidas de uma leitora sobre o recente anúncio de ondas gravitacionais:

- Se nem a luz consegue escapar ao intenso campo gravítico dos buracos negros, por que é que as ondas gravitacionais conseguem?

Ondas de luz e ondas gravitacionais, embora viajem à mesma velocidade, têm origens completamente diferentes. Ondas gravitacionais  são alterações da geometria do espaço tempo ao contrário das ondas electromagnéticas que são alterações de campos eléctricos e magnéticos.  Isto é, são alterações no próprio cenário do Universo e não alterações de campos que preenchem o cenário. As ondas gravitacionais  não são absorvidas pela matéria como são as ondas electromagnéticas. São apenas atenuadas com a distancia à fonte, tal como aliás as  ondas electromagnéticas. Tal significa que em princípio poderemos ter acesso com ondas gravitationais ao Universo primitivo, quando ele ainda era opaco e a luz não passava por ser absorvida por partículas "vadias". Ou, como no caso presente, que podemos ter recolher informação sobre objectos que não emitem luz. Nenhum pulso especial de luz foi recolhida em qualquer telescópio no dia e hora a que chegou o pulso de ondas gravitationais. Provavelmente não houve matéria a cair para os dois buracos negros em órbita um do outro. 

- E com a atenuação geométrica imposta pelo espaço como é que essas ondas conseguem chegar até à terra ao fim de mil milhões de anos a decaírem com 1/r2, a fim de serem detectadas? 

Tal como a luz chega as ondas podem chegar de sítios muito longe desde que a fonte seja suficientemente intensa. Conseguimos recolher luz de objectos a 14 mil milhões de anos luz de distância,  neste caso recolhemos ondas gravitacionais de 1,3 mil milhões de anos de distância (esta distância é um cálculo: resulta de uma simulação computacional, correspondente ao tipo de  fonte que pode dar aquele sinal). No caso a fonte do sinal é mesmo muito intensa. A energia emitida corresponde a três massas solares. O detector tem de ser obviamente  muito mais sensível do que o sinal: esse é o prodígio da instrumentação utilizada na LIGO, que conseguem apanhar oscilações de uma parte em 10^{^22}. Há movimento sem haver forças porque o espaço abana. 

- Como é que o ruído gerado no interior da terra ou no sol não afecta o sistema, já agora qual o comprimento da onda que foi detectada?

O ruído da terra está presente: é recolhido, analisado e descartado. O ruído do Sol não é importante para o caso.  Mas outros ruídos são descartados, como o ruído térmico. No caso o sinal sobrepõe-se bem ao ruído: recolheu-se um pulso, que é uma soma de ondas  de várias frequências. As frequências detectadas vão de 35 Hz a 250 Hz (por acaso iguais a frequências de som audível, mas este tem velocidade muito menor). Como a velocidade da luz é 300 000 km/s,  para saber os comprimentos de onda em causa é só fazer as contas: anda à volta de 1000 km. 

Ver aqui onde se situa o LIGO na gama de comprimentos de onda possíveis

http://www.tapir.caltech.edu/~teviet/Waves/gwave_spectrum.html

Existem como se vê do gráfico muitas mais frequências (e comprimentos de onda) por explorar. Mas não haverá objectos cósmicos  que emitam em todas a gama de frequências e as nossas capacidades de detectar na Terra e no espaço também são limitadas. Por outras palavras, embora todas as frequências de ondas de gravidade sejam possíveis em princípio não haverá no Universo fontes para todas elas nem nós temos ou teremos capacidade para detectar todas elas (estou a falar de frequência e não de amplitude, que foi um problema tratado atrás) .