A primeira observação de Ondas Gravitacionais (OG) abriu uma nova janela para o céu. Várias outras já tinham sido abertas ao longo do século XX: infravermelho, ultravioleta, rádio, raios-X e gama. Mas são todas ondas eletromagnéticas, e por isso mapeiam fenômenos diferentes dos que as OG podem mapear. Assim como existe o espectro eletromagnético, também existe um de ondas gravitacionais. E ele também nos revela fenômenos diferentes de acordo com a frequência da OG.
Frequências na ordem do nHz (período da onda da ordem de anos a dezenas de anos) permite estudar o espiralar de buracos negros (BN) supermassivos no centro de galáxias. Já detectamos essas ondas indiretamente com o nanoGrav por meio do monitoramento de pulsares espalhados pela Via Láctea. Quando uma OG passa por eles, os tempos de chegada dos seus pulsos mudam um pouco. Um mapa de pulsares da nossa galáxia funciona como uma imensa antena de ondas gravitacionais. Não detectamos a fusão de um sistema isolado mas conseguimos identificar a existência de um fundo de OG, resultado das fusões de objetos por todo o universo.
Indo para frequências maiores, em mHz (períodos de minutos a horas), captamos o sinal de pares massivos de BN (dez mil a dez milhões de vezes a massa do Sol). É um intervalo muito interessante porque permite verificar a teoria de crescimento hierárquico dos BN.
Sabemos que estrelas massivas podem formar BNs com 5 a 65 massas solares. Conseguimos explicar BNs intermediários por fusão de BNs menores. Mas nem toda a idade do universo seria suficiente para formar um BN supermassivo com fusões de BNs estelares, é preciso acreção de gás e fusões. Entretanto, a teoria ainda não está fechada a ponto de explicarmos a distribuição de massas observadas. Há intervalos com poucos BNs observados e, mais importante, será que ela explica todos os BNs supermassivos ou há outro canal de formação?
Para esta janela espectral estamos construindo o observatório espacial LISA. Serão três satélites separados por 2,5 milhões de km. Esta distância varia por questões orbitais, mas eles usam uma técnica de atraso de tempo interferométrico para conhecer a separação num dado instante com precisão de picômetros: cem vezes menor que o átomo de hidrogênio! A construção começou recentemente, capitaneada pela Europa, mas o início das operações ainda é incerto, devendo levar ainda 10 ou 15 anos.
Neste tempo, podemos ter outros observatórios que atuarão em outras faixas espectrais das OG. Mas o financiamento e o projeto deles ainda não estão fechados, então ainda são especulações. Se conseguirmos dinheiro, o Telescópio Einstein será a terceira geração de observatórios, operando no subsolo com túneis de 10 km de extensão e detectando ondas na escala do Hz a kHz, “enxergando” fusões de estrelas de nêutrons e BN estelares a distâncias muito maiores do que o atual consórcio LIGO-VIRGO-KAGRA consegue.
O que considero importante saber é que o futuro da astrofísica de buracos negros não passa pela construção de um único observatório poderoso para resolver todos os casos. Assim como na astrofísica “tradicional”, precisamos de várias janelas espectrais para poder olhar toda a diversidade de fenômenos com que o Universo nos brinda.
Prof. Alexandre Zabot
Referências
LIGO–Virgo–KAGRA 2026, GWTC-4.0: Updating the Gravitational-Wave Transient Catalog…, ApJL. Publicado, revisado. arXiv
Amaro-Seoane et al. 2023, Astrophysics with the Laser Interferometer Space Antenna, Living Rev. Rel. 26, 2. arXiv
Abac et al. 2025, The Science of the Einstein Telescope (preprint). arXiv