Ondas gravitacionais podem ser a chave para que novas dimensões sejam encontradas

NASA

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Dimensões escondidas podem causar ondulações através da realidade ao modificar ondas gravitacionais – e detectar tais assinaturas de dimensões extras pode ajudar os físicos a resolver alguns dos maiores mistérios do universo.

Os físicos há muito se perguntam por que a gravidade é tão fraca em comparação com as outras forças fundamentais. Isso pode ser porque uma parte dela estaria escapando em dimensões extras além das três dimensões espaciais que experimentamos.

Algumas teorias que procuram explicar como a gravidade e os efeitos quânticos se mesclam, incluindo a teoria das cordas, requerem dimensões extras, muitas vezes com a gravidade se propagando através delas.

Encontrar evidências de tais dimensões poderia, portanto, ajudar a caracterizar a gravidade, ou encontrar uma maneira de unir a gravidade e a mecânica quântica – ou, também, sugerir uma explicação de por que a expansão do universo está se acelerando.

Mas a detecção de dimensões extras é um grande desafio. Caso alguma realmente exista, teria que ser muito pequena para evitar efeitos óbvios em nossa vida cotidiana. As esperanças eram altas (e ainda são) de que elas apareceriam no Grande Colisor de Hádrons, mas ainda não vimos nenhum sinal de física além das nossas quatro dimensões.

Nos últimos dois anos, porém, uma nova esperança surgiu. As ondas gravitacionais, ondulações no espaço-tempo causadas pelo movimento de objetos maciços, foram detectadas pela primeira vez em 2015.

Uma vez que a gravidade é suscetível de ocupar todas as dimensões que existem, suas ondas são um modo especialmente promissor para detectar qualquer dimensão além daquelas que conhecemos.

“Se há dimensões extras no universo, então as ondas gravitacionais podem caminhar em qualquer dimensão, mesmo nas dimensões extras”, diz Gustavo Lucena Gómez, do Instituto Max Planck de Física Gravitacional, em Potsdam, na Alemanha.

Lucena Gómez e seu colega David Andriot se propuseram a calcular como o potencial de dimensões extras afetaria as ondas gravitacionais que podemos observar. Eles descobriram dois efeitos peculiares: ondas extras em altas frequências e uma modificação de como as ondas gravitacionais esticam o espaço.

À medida que as ondas gravitacionais se propagassem através de uma minúscula dimensão extra, a equipe descobriu que elas deveriam gerar uma “torre” de ondas gravitacionais extras com altas frequências após uma distribuição regular.

Mas os observatórios atuais não conseguem detectar frequências tão altas, e a maioria dos observatórios planejados também se concentram em frequências mais baixas. Assim, enquanto essas ondas extras podem estar em toda parte, elas serão difíceis de detectar.

Modificando o espaço-tempo

O segundo efeito de dimensões extras pode ser mais detectável, uma vez que modifica as ondas gravitacionais “normais” que observamos em vez de adicionar um sinal extra.

“Se dimensões extras estiverem em nosso universo, isso esticaria ou encolheria o espaço-tempo de uma maneira diferente da que as ondas gravitacionais convencionais jamais fariam”, diz Lucena Gómez.

À medida que as ondas gravitacionais ondulam através do universo, elas esticam e esmagam o espaço de uma maneira muito específica. É como puxar um elástico: a elipse formada pela fita fica mais longa em uma direção e mais curta na outra, e depois volta à sua forma original quando você a solta.

Mas as dimensões extras acrescentam outra maneira com a qual as ondas gravitacionais mudam a forma do espaço, chamada de modo de respiração. Como nossos pulmões quando respiramos, o espaço expande-se e contrai-se à medida que as ondas gravitacionais passam, além de esticar e esmagar.

“Com mais detectores poderemos ver se este modo de respiração está acontecendo”, diz Lucena Gómez.

“As dimensões extras têm sido discutidas por um longo tempo de diferentes pontos de vista”, diz Emilian Dudas, da École Polytechnique, na França. “As ondas gravitacionais podem ser um novo giro na busca de dimensões extras”, acredita.

Mas há um porém: enquanto a detecção de uma torre de ondas gravitacionais de alta frequência apontaria de forma bastante conclusiva para dimensões extras, um modo de respiração na mudança de formato do espaço poderia ser explicado por outras teorias não-padrões da gravidade. “Provavelmente não é uma assinatura única”, diz Dudas.

“Mas seria uma coisa muito emocionante”, conclui.

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