O Comité para o Programa Científico da ESA aprovou esta quinta-feira a missão LISA (Laser Interferometer Space Antenna), a primeira iniciativa científica destinada a detectar e estudar ondas gravitacionais a partir do espaço, anunciou a Agência Espacial Europeia (ESA, na sigla em inglês).

Este passo importante, formalmente designado por “adopção” da missão LISA, “reconhece que o conceito e a tecnologia da missão estão suficientemente avançados e dá luz verde à construção dos instrumentos e das naves espaciais”, um trabalho que terá início em Janeiro de 2025, após a escolha de um contratante industrial europeu, acrescenta a ESA num comunicado divulgado no seu site.

Previstas por Albert Einstein há mais de cem anos, as ondas gravitacionais só foram detectadas directamente pela primeira vez em 2016 pela colaboração científica internacional LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Este feito científico valeu o Prémio Nobel da Física em 2017.

As ondas gravitacionais são produzidas por eventos astronómicos cataclísmicos, deformando o “tecido” do espaço-tempo ao propagarem-se pelo Universo à velocidade da luz — tal como a queda de um seixo num lago produz ondinhas que deformam a superfície da água.

As ondas detectadas em 2016 foram emitidas pela colisão de dois buracos negros com cerca de 30 vezes a massa do nosso Sol, que ao girar em torno um do outro, foram descaindo e girando cada vez mais depressa até se fundirem e formarem um único buraco negro há mais de mil milhões de anos. Esse violento encontro final deu origem, por sua vez, a um novo (e único) buraco negro que provocou a emissão de ondas gravitacionais.

Lançamento só em 2035

Numa publicação no seu site, a ESA explica que a missão LISA “será o primeiro observatório espacial dedicado ao estudo das ondas gravitacionais: ondulações no tecido do espaço-tempo emitidas durante os acontecimentos mais poderosos do Universo, tais como pares de buracos negros que se juntam e fundem”. “A LISA será a primeira missão a sondar toda a história do Universo utilizando estas ondas”, acrescenta.

A equipa responsável pela missão poderá agora começar a sua construção. Segundo a ESA, a missão será composta por três naves espaciais, que “seguirão a Terra na sua órbita em torno do Sol, formando no espaço um triângulo equilátero de requintada precisão”. Cada lado do triângulo terá 2,5 milhões de quilómetros de comprimento — mais de seis vezes a distância da Terra à Lua —, e as naves trocarão raios laser ao longo desta distância. O lançamento das três naves espaciais está previsto para 2035, num foguetão Ariane 6.

Vários cientistas portugueses fazem parte da missão LISA, entre os quais Vítor Cardoso, presidente do Departamento de Física do Instituto Superior Técnico, e Francisco Duque, que está agora no Instituto Max-Planck para Física Gravitacional (Alemanha) a liderar os esforços para perceber o que acontece na colisão de buracos negros quando rodeados de matéria presente nos ambientes astrofísicos complicados que existem no centro de galáxias. Richard Brito — que, tal como Vítor Cardoso, faz parte do Centro de Astrofísica e Gravitação (Centra) do Instituto Superior Técnico — integra também a missão.

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“Tanto quanto sabemos, o Universo é governado por quatro interacções fundamentais, quatro forças” — a força gravitacional, a força electromagnética, a força nuclear forte e a força nuclear fraca —, salienta ao PÚBLICO Vítor Cardoso. Para conhecer estas forças em detalhe, “andamos a partir átomos há décadas, no CERN [Laboratório Europeu de Física de Partículas, na fronteira franco-suíça] e noutros aceleradores de partículas”. Porém, o investigador acredita que chegamos praticamente “ao limite do que conseguimos fazer na Terra”, pelo que “chegou a altura de olhar para fora, para o maior e mais gigantesco acelerador do Universo: o próprio Universo”.

“Não conhecemos a maior parte do que existe”

Mas “como um problema — e uma solução — nunca vêm sós, a descrição da gravidade é problemática”, salienta Vítor Cardoso. “Não conseguimos perceber o interior de buracos negros nem o início do universo, e existe uma coisa chamada matéria escura que também não percebemos. Nada disto é um pormenor: não conhecemos a maior parte do que existe”, diz.

A missão LISA vai, portanto, “revolucionar todo o nosso conhecimento, porque vai ver o Universo como nunca foi visto, até onde nunca foi visto”, conclui o físico, lembrando que a história pode ser um bom guia e que “até há pouco tempo não sabíamos como as estrelas funcionavam nem sabíamos o que era a mecânica quântica”.

Francisco Duque sublinha que, “ao contrário do que muitos possam pensar, ainda somos bastante ignorantes em relação à maior parte do que existe no Universo”. Porque é que a maior parte das galáxias tem um buraco negro tão grande no seu centro? De onde aparecem estes gigantes? São estas algumas das questões para as quais não temos ainda resposta.

“Parte desta ignorância vem de não termos sequer ferramentas para ver coisas que sabemos que existem, mas não fazemos ideia do que realmente são”, frisa o investigador, defendendo que “a LISA é um passo gigante neste desafio”.

Ver todas as cores do Universo

“É como se até agora tivéssemos crescido com um par de olhos que só nos permitisse ver a cor azul. Saberíamos descrever o mar e o céu, mas seríamos cegos a tudo o resto. Com a LISA vamos ver todas as cores do Universo, as ‘florestas e as montanhas’ e coisas que nem sequer imaginamos”, afirma Francisco Duque, que foi aluno de doutoramento de Vítor Cardoso.

É esta, segundo Francisco Duque, uma “nova era na exploração do cosmos”, uma missão que “irá revolucionar o que sabemos sobre o que nos rodeia e que nos obrigará a repensar o nosso lugar no Universo, da mesma forma que Copérnico, Galileu e as descobertas da astronomia do século passado fizeram”.

Nora Lützgendorf, cientista principal da missão LISA, salienta, em comunicado, que este “é um projecto que nunca foi tentado antes”. “Utilizando feixes de laser a distâncias de vários quilómetros, a instrumentação terrestre pode detectar ondas gravitacionais provenientes de acontecimentos que envolvem objectos de dimensão estelar — como explosões de supernovas ou fusões de estrelas hiperdensas e buracos negros de massa estelar. Para alargar a fronteira dos estudos gravitacionais temos de ir para o espaço”, afirma.

A cientista salienta ainda que, “graças à enorme distância percorrida pelos sinais laser na LISA e à excelente estabilidade da sua instrumentação”, será possível “sondar ondas gravitacionais de frequências mais baixas do que é possível na Terra, descobrindo eventos de uma escala diferente, até ao início dos tempos”.

A missão vai, portanto, detectar, em todo o Universo, as ondulações no espaço-tempo causadas pela colisão de enormes buracos negros nos centros das galáxias — o que permitirá aos cientistas “descobrir a origem destes objectos monstruosos, traçar a forma como crescem até se tornarem milhões de vezes mais maciços que o Sol e estabelecer o papel que desempenham na evolução das galáxias”, refere a ESA.

Um filme cósmico com som

A LISA está ainda preparada para captar as ondas gravitacionais dos momentos iniciais do nosso Universo e dar “um vislumbre directo dos primeiros segundos após o Big Bang”. Além disso, frisa a ESA, “como as ondas gravitacionais transportam informação sobre a distância dos objectos que as emitem, a LISA ajudará os investigadores a medir as alterações na expansão do Universo com um tipo de medida diferente das técnicas utilizadas pelo [telescópio espacial] Euclides e outros estudos, validando os seus resultados”.

Mais perto, na nossa galáxia — a Via Láctea —, a missão LISA vai detectar “muitos pares de objectos compactos em fusão, como anãs-brancas ou estrelas de neutrões, e dar-nos-á uma visão única das fases finais da evolução destes sistemas”. Por outras palavras, ao identificar a sua posição e distâncias, a missão irá aprofundar a nossa compreensão sobre a estrutura da Via Láctea.

Oliver Jennrich, cientista do projecto LISA, destaca, em comunicado, que “há séculos que estudamos o nosso cosmos através da captação de luz” e que “associar isto à detecção de ondas gravitacionais traz uma dimensão totalmente nova à nossa percepção do universo”.

“Se imaginarmos que, até agora, com as nossas missões astrofísicas, temos observado o cosmos como um filme mudo, captar as ondulações do espaço-tempo com a LISA será uma verdadeira mudança de paradigma, como quando o som foi adicionado aos filmes”, conclui Oliver Jennrich.

Liderada pela ESA, a missão LISA é uma colaboração entre esta agência europeia, as agências espaciais dos seus Estados-membros, a NASA e um consórcio internacional de cientistas (o consórcio LISA).