Observatórios de pulsares, entre eles o NanoGRAV (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves) e o EPTA (European Pulsar Timing Array) anunciaram a descoberta de ondas gravitacionais com frequências ao redor dos nanoHertz. press-release
Este é um feito experimental extraordinário. A deteção direta de ondas gravitacionais (oscilações do próprio espaço e tempo) foi alcançada pela primeira vez em 2015, pelos observatórios do LIGO, que na altura detetaram as ondas gravitacionais geradas pela fusão de dois buracos negros em binária (isto é, que se orbitam mutuamente). Para além de demonstrar mais uma vez a robustez e as previsões da teoria da relatividade de Einstein, estas observações abriram uma nova janela sobre o cosmos que não requer a presença de ondas eletromagnéticas (luz). Chama-se a esta nova era, a era da astronomia de multi-mensageiros.
As portas já estavam abertas mas até agora a deteção estava limitada ao intervalo de frequências entre os 10 e 100 Hertz. Este intervalo seguramente não é representativo de todo o zoo de corpos estelares que se movimentam, orbitam e colidem e que, de todas essas formas, emitem ondas gravitacionais num leque amplo de frequências, tal como acontece no espectro electromagnético.
É aqui que entra a mais recente descoberta anunciada pelo NANOGrav e EPTA. As ondas gravitacionais observadas tem frequências bastante pequenas, da ordem dos 1-10 nanoHertz, o que significa uma oscilação a cada 3-30 anos. Para fazer esta deteção foi necessário monitorizar os sinais electromagnéticos emitidos pelas pulsares durante décadas. As pulsares são relógios extraordinariamente pontuais, portanto, a passagem de uma onda gravitacional e a consequente distorção do espaço tempo vai causar alterações no intervalo entre pulsos. Através da observação contínua de uma rede de dezenas de pulsares os observatórios conseguiram inferir a passagem de ondas gravitacionais (os sinais têm também de exibir uma certa distribuição angular, a chamada correlação de Hellings-Down, para se concluir decisivamente que é uma onda gravitacional).
Já discutimos o sinal, falta discutir a sua origem. A interpretação mais convencional que tem sido proposta é de que as ondas gravitacionais observadas tenham origem em buracos negros supermassivos em binárias. Nós sabemos da existência destes buracos negros, que tendem a ser o esteio à volta do qual giram as galáxias, e sabemos que vários se fundiram no inicio da formação das galáxias. Os sinais agora detetados parecem de grosso modo ser compatíveis com esta dinâmicas e, a confirmar-se esta explicação, permitir-nos-ia inferir muita informação sobre o processo de formação de galáxias.
Mas há outras explicações possíveis para os sinais, entre elas uma ideia que eu propus com os meus colaboradores o ano passado artigo quando os dados já davam alguma indicação da existência de ondas gravitacionais. Nesse trabalho, publicado na Physical Review D, argumentámos que as ondas gravitacionais observadas pudessem ter origem em estruturas cosmológicas, chamadas redes de parede de domínio (domain wall network no inglês), que existiram universo primordial. Esta hipótese, a confirmar-se, dar-nos-ia evidência da existência de nova física fundamental, dado que as partículas do modelo padrão não são capazes de formar as referidas estruturas.
Com os novos dados agora publicados artigo, a colaboração NANOGrav reanalisou a nossa proposta em grande detalhe e confirmou que as redes de paredes de domínio efetivamente providenciam uma explicação tão plausível dos dados, e em certos casos até melhor, do que a hipótese de buracos negros supermassivos em binárias.