Interação da luz com ondas gravitacionais pode detectar partículas de gravidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/05/2026

Esboço do aparato interferométrico para medir a influência de uma onda gravitacional sobre uma onda de luz.
[Imagem: B. Schröder/HZDR]

Ondas gravitacionais influenciando ondas de luz

Eventos de dimensões cósmicas, como a fusão de buracos negros ou estrelas de nêutrons, geram ondas gravitacionais que se propagam à velocidade da luz, causando minúsculas distorções no espaço-tempo. Einstein previu sua existência, mas a primeira observação experimental direta das ondas gravitacionais foi feita apenas em 2015, inaugurando a era da astronomia gravitacional.

Paralelamente, os físicos vêm trabalhando com afinco na tentativa de unificar a Teoria da Relatividade com a Mecânica Quântica. Há várias ideias para isso, sendo a mais comum delas a proposta de que a gravidade aja por meio de partículas, hipoteticamente chamadas grávitons - detecte os grávitons e estará provado que a força da gravidade é quântica.

O professor Ralf Schutzhold, do Centro Helmholtz Dresden-Rossendorf (HZDR), na Alemanha, acredita que dá para usar as ondas gravitacionais para tentar detectar os hipotéticos grávitons.

Usar um fenômeno cosmológico para detectar partículas subatômicas parece algo por demais pretensioso, mas Schutzhold idealizou um experimento através do qual as ondas gravitacionais podem não só ser observadas, mas também manipuladas. E, ao manipulá-las, podemos transformar as ondas gravitacionais em detectores de grávitons, as partículas da gravidade.

E se as partículas não seguirem os caminhos previstos por Einstein?
[Imagem: Oliver Diekmann/TU Wien]

Como detectar um gráviton

O princípio básico é que a gravidade afeta tudo, inclusive a luz, o que já utilizamos há tempos, no caso das lentes gravitacionais, por exemplo.

Como, teoricamente, essa interação também deve ocorrer quando ondas gravitacionais e ondas de luz se encontram, Schutzhold propõe transferir minúsculos pacotes de energia de uma onda de luz (fótons) para uma onda gravitacional. Ao fazer isso, a energia da onda de luz é ligeiramente reduzida e a energia da onda gravitacional é ligeiramente aumentada na mesma proporção.

Essa energia deverá ser equivalente à de um ou alguns poucos grávitons - sendo uma partícula hipotética, ainda não sabemos sua massa/energia. Seria então uma questão de medir a perda de intensidade da onda de luz, ou o ganho de intensidade da onda gravitacional, para estimar a energia do gráviton.

O laboratório para isso deverá ser enorme. Schutzhold calcula que pulsos de laser na faixa espectral visível ou infravermelha próxima poderiam ser refletidos repetidamente entre dois espelhos até um milhão de vezes. Em uma configuração física com cerca de um quilômetro de comprimento, isso produziria um caminho óptico de aproximadamente um milhão de quilômetros. Essa ordem de grandeza seria suficiente para realizar a medição desejada da troca de energia causada pela absorção e emissão de grávitons quando a luz e uma onda gravitacional se encontram.

Este é outro projeto de detector de grávitons, as partículas da gravidade.
[Imagem: Igor Pikovski]

Se não provar, ao menos refuta

A mudança na frequência da onda de luz causada pela absorção ou liberação de energia de um ou mais grávitons em interação com a onda gravitacional deverá ser extremamente pequena.

Contudo, utilizando um interferômetro engenhosamente construído, deve ser possível demonstrar essas mudanças de frequência, propõe o pesquisador. Nesse processo, duas ondas de luz sofrem diferentes mudanças de frequência, dependendo se absorvem ou emitem grávitons. Após essa interação, e ao percorrerem o caminho óptico, elas se sobrepõem novamente e geram um padrão de interferência. A partir disso, deverá ser possível inferir a mudança de frequência que ocorreu e, portanto, a transferência de grávitons.

Schutzhold reconhece que pode levar várias décadas para viabilizar esse experimento. Mas é bom lembrar que o Observatório LIGO, dedicado à detecção de ondas gravitacionais, tem dois braços perpendiculares em forma de "L" com 4 km cada um. E há fortes semelhanças entre o LIGO e o observatório de grávitons proposto agora, incluindo a sensibilidade: O LIGO detecta distorções do espaço-tempo induzidas pelas ondas gravitacionais medindo alterações de alguns attômetros (10^-18 metros) no comprimento originalmente igual dos seus dois braços - essa pequena variação no comprimento altera o padrão de interferência da luz do laser, gerando um sinal detectável.

Embora a detecção proposta não possa ser considerada uma prova direta do hipotético gráviton, seria pelo menos um forte indício de sua existência. E, por outro lado, se as ondas de luz não apresentarem os efeitos de interferência previstos ao interagirem com as ondas gravitacionais, a teoria atual baseada em grávitons seria refutada.

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