Atualmente, existem diversas tecnologias que possibilitam a comunicação entre pessoas que estão em regiões distantes, seja por telefone, rádio ou internet. Por exemplo, o rádio utiliza ondas de radiofrequência para transmissão de áudio, enquanto a luz é amplamente utilizada na internet de fibra óptica para transmitir dados com alta velocidade. Será que as ondas gravitacionais também poderiam ser utilizadas nesse processo?
Um novo estudo publicado no servidor de pré-impressão arXiv explora a possibilidade de utilizar ondas gravitacionais como meio de comunicação. Conduzida por pesquisadores do Internet of Everything Group, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, a pesquisa investiga se essas distorções no espaço-tempo poderiam ser aplicadas à tecnologia humana no futuro.
Intitulado “Comunicação Gravitacional: Fundamentos, Estado da Arte e Visão Futura”, o estudo analisa os princípios dessa abordagem e suas potenciais aplicações.
Segundo os autores Houtianfu Wang e Ozgur B. Akan, as ondas gravitacionais poderiam proporcionar um sinal estável mesmo em longas distâncias. Mas para que tipo de comunicação essa tecnologia seria aplicada? A proposta é desenvolver um sistema de transmissão rápida e confiável para apoiar missões espaciais além do Sistema Solar.
As ondas gravitacionais foram observadas pela primeira vez em 2015, quando o observatório LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) detectou o sinal GW150914. O fenômeno ocorreu a aproximadamente 1,3 bilhão de anos-luz da Terra.
“A descoberta das ondas gravitacionais abriu uma nova janela observacional para a astronomia e a física, oferecendo uma abordagem única para explorar as profundezas do universo e fenômenos astrofísicos extremos. Além do seu impacto na pesquisa astronômica, as ondas gravitacionais também atraíram ampla atenção como um novo paradigma de comunicação”, o estudo descreve.
As formas atuais de comunicação são eficazes, mas ainda apresentam limitações. Por exemplo, transmissões via rádio podem sofrer interferências causadas pelo clima da região, como chuvas e outros fenômenos meteorológicos que afetam o sinal. Na verdade, a maioria das tecnologias de comunicação depende dos efeitos do eletromagnetismo, incluindo rádio, Wi-Fi, Bluetooth, satélites de comunicação, entre outros.
O que são ondas gravitacionais?
Segundo o LIGO, as ondas gravitacionais são ondulações no espaço-tempo geradas por diversos fenômenos cósmicos. Apesar de terem sido detectadas apenas em 2015, o físico alemão Albert Einstein já havia previsto a existência das ondas em 1916, em sua obra mais famosa: a Teoria da Relatividade Geral.
Por exemplo, objetos massivos, como estrelas de nêutrons e buracos negros orbitando reciprocamente, podem gerar perturbações no espaço-tempo que resultam em ondas gravitacionais. Essas ondulações se propagam na velocidade da luz e permitem estudar alguns dos fenômenos mais extremos no universo; dessa forma, é até possível testar as previsões da Relatividade Geral.
Em resumo, quando esses objetos orbitam mutualmente, geram um movimento que causa ondulações no espaço-tempo. Para ilustrar, imagine uma pedra caindo em um lago: ao tocar a água, ela cria ondas que se espalham a partir do ponto de impacto. As ondas gravitacionais funcionam de forma semelhante, mas no espaço. Mas diferentemente das ondas mecânicas, elas são invisíveis e não podem ser detectadas diretamente por telescópios espaciais.
“As ondas gravitacionais mais fortes são produzidas por eventos cataclísmicos, como buracos negros em colisão, supernovas (estrelas massivas explodindo no final de suas vidas) e estrelas de nêutrons em colisão. Outras ondas gravitacionais são previstas como sendo causadas pela rotação de estrelas de nêutrons que não são esferas perfeitas, e possivelmente até mesmo pelos restos de radiação gravitacional criada pelo Big Bang”, é descrito em uma publicação oficial do LIGO.
Comunicação via ondas gravitacionais
A equipe explica que uma rede de comunicação baseada em ondas gravitacionais poderia manter a qualidade do sinal mesmo em distâncias cósmicas, como entre a Terra e regiões além do Sistema Solar. Segundo os pesquisadores, essa tecnologia pode ser essencial para futuras missões espaciais, pois pode permitir a comunicação com naves não tripuladas que explorarão outras galáxias.
Ao contrário das ondas eletromagnéticas utilizadas nos sistemas de comunicação atuais, as ondas gravitacionais não perdem intensidade com o aumento da distância, pois atravessam o cosmos praticamente sem dissipar energia. Contudo, existem desafios significativos para o desenvolvimento dessa tecnologia; por isso, por enquanto, é impossível viabilizar o desenvolvimento de algum sistema desse tipo.
O principal desafio é que, atualmente, não há tecnologia ou instrumentos capazes de gerar ondas gravitacionais artificiais. Como mencionado, essas ondulações surgem naturalmente a partir de eventos extremos no universo, como a colisão de buracos negros. Ou seja, ainda é preciso superar muitos obstáculos antes que essa ideia se torne viável.
Alguns especialistas já conseguiram gerar ondas gravitacionais em laboratório, porém sua intensidade é tão baixa que os instrumentos atuais não conseguem detectá-las. Devido a essa e outras limitações, os autores do estudo destacam a necessidade de desenvolver detectores mais sensíveis, criar métodos para modular os sinais e aprofundar o conhecimento sobre a geração artificial dessas ondas.
“Este artigo oferece uma visão abrangente dos fundamentos e dos avanços mais recentes na comunicação por ondas gravitacionais, incluindo uma revisão histórica detalhada sobre a geração e detecção dessas ondas. Os principais aspectos abordados incluem a evolução da sensibilidade dos detectores, os métodos de geração, as técnicas de modulação e o canal de comunicação gravitacional”, os cientistas explicam na introdução do estudo.
Além de ajudarem na compreensão de buracos negros e colisões estelares, essas ondulações no espaço-tempo podem trazer respostas para um dos maiores enigmas da física moderna. Quer saber mais? Aproveite para entender como ondas gravitacionais podem responder alguns mistérios da matéria escura. Até a próxima!