Mais uma vez, os físicos confirmaram uma das idéias centrais de Albert Einstein sobre a gravidade – desta vez com a ajuda de uma estrela de nêutrons brilhando no espaço.
O novo trabalho torna uma idéia antiga ainda mais certa: que objetos pesados e leves caem na mesma proporção. Einstein não foi a primeira pessoa a perceber isso; há relatos contestados do Galileo Galilei demonstrando o princípio ao derrubar pesos da Torre de Pisa no século XVI. E sugestões da idéia aparecem no trabalho do filósofo do século 12, Abu’l-Barak’t al-Baghd’d’. Esse conceito acabou chegando ao modelo de física de Isaac Newton e depois à teoria da relatividade geral de Einstein como o “princípio de equivalência forte” gravitacional (SEP). Este novo experimento demonstra a verdade do SEP, usando uma estrela cadente de nêutrons, com mais precisão do que nunca.
O SEP parece ser verdade há muito tempo. Você pode ter visto este vídeo de astronautas da Apollo jogando uma pena e um martelo no vácuo da lua, mostrando que eles caem na mesma velocidade em gravidade lunar.
Mas pequenos testes nos campos gravitacionais relativamente fracos da Terra, a lua ou o sol não colocam realmente o SEP em andamento, de acordo com Sharon Morsink, astrofísica da Universidade de Alberta, no Canadá, que não estava envolvida no novo estudo.
“Em algum nível, a maioria dos físicos acredita que a teoria da gravidade de Einstein, chamada relatividade geral, está correta. No entanto, essa crença é baseada principalmente em observações de fenômenos que ocorrem em regiões do espaço com baixa gravidade, enquanto a teoria da gravidade de Einstein pretende explicar fenômenos que ocorrem perto de campos gravitacionais realmente fortes “, disse Morsink. “Estrelas de nêutrons e buracos negros são os objetos que têm os campos gravitacionais mais fortes conhecidos; portanto, qualquer teste de gravidade que envolva esses objetos realmente testa o coração da teoria da gravidade de Einstein”.
Estrelas de nêutrons são os núcleos colapsados de estrelas mortas. Super densos, mas não densos o suficiente para formar buracos negros, eles podem agrupar massas maiores que a do nosso sol em esferas rodopiantes a apenas alguns quilômetros de largura.
Os pesquisadores se concentraram em um tipo de estrela de nêutrons chamada pulsar, que da perspectiva da Terra parece piscar à medida que gira. Esse piscar é o resultado de um ponto brilhante na superfície da estrela girando dentro e fora da vista, 366 vezes por segundo. Essa rotação é regular o suficiente para manter-se pelo tempo.
Este pulsar, conhecido como J0337 + 1715, é especial mesmo entre os pulsares: está trancado em uma órbita binária estreita com uma estrela anã branca. As duas estrelas orbitam uma à outra enquanto circundam uma terceira estrela, também uma anã branca, assim como a Terra e a lua fazem ao redor do sol.
(Os pesquisadores já mostraram que o SEP é verdadeiro para órbitas como esta em nosso sistema solar: a Terra e a lua são afetadas exatamente no mesmo grau pela gravidade do sol, sugerem medidas.)
A cronometragem precisa de J0337 + 1715, combinada com sua relação com os dois campos de gravidade criados pelas duas estrelas anãs brancas, oferece aos astrônomos uma oportunidade única de testar o princípio.
O pulsar é muito mais pesado que as outras duas estrelas no sistema. Mas o pulsar ainda cai em direção a cada um deles, à medida que caem em direção à massa maior do pulsar. (O mesmo acontece com você e a Terra. Quando você pula, você volta para o planeta muito rapidamente. Mas o planeta também cai em sua direção – muito lentamente, devido à sua baixa gravidade, mas exatamente na mesma proporção de um uma pena ou um martelo se você ignorar a resistência do ar.) E como J0337 + 1715 é um cronometrista tão preciso, os astrônomos na Terra podem rastrear como os campos gravitacionais das duas estrelas afetam o período do pulsar.
Para isso, os astrônomos cronometraram cuidadosamente a chegada da luz de J0337 + 1715 usando grandes radiotelescópios, em particular o Observatório de Rádio Nançay, na França. À medida que a estrela se movia em torno de cada um de seus vizinhos – um em uma pequena órbita rápida e outro em uma órbita mais longa e lenta – o pulsar se aproximava cada vez mais da Terra. À medida que a estrela de nêutrons se afastava mais da Terra, a luz de seus pulsos precisava percorrer distâncias maiores para alcançar o telescópio. Então, em um pequeno grau, as lacunas entre os pulsos pareciam ficar mais longas.
À medida que o pulsar voltava para a Terra, as lacunas entre os pulsos diminuíam. Isso permitiu que os físicos construíssem um modelo robusto do movimento da estrela de nêutrons no espaço, explicando precisamente como ela interagia com os campos de gravidade de seus vizinhos. O trabalho deles foi baseado em uma técnica usada em um artigo anterior, publicado na revista Nature em 2018, para estudar o mesmo sistema.
O novo artigo, publicado on-line em 10 de junho na revista Astronomy and Astrophysics, mostrou que os objetos desse sistema se comportavam como a teoria de Einstein prevê – ou pelo menos não diferiram das previsões de Einstein em mais de 1,8 partes por milhão. Esse é o limite absoluto da precisão da análise de dados do telescópio. Eles relataram 95% de confiança em suas descobertas.
Morsink, que usa dados de raios-X para estudar a massa, as larguras e os padrões de superfície das estrelas de nêutrons, disse que essa confirmação não é surpreendente, mas é importante para sua pesquisa.
“Nesse trabalho, devemos assumir que a teoria da gravidade de Einstein está correta, uma vez que a análise dos dados já é muito complexa”, disse Morsink à Live Science em um email. “Portanto, testes da gravidade de Einstein usando estrelas de nêutrons realmente me fazem sentir melhor com nossa suposição de que a teoria de Einstein descreve a gravidade de uma estrela de nêutrons corretamente!”
Sem entender o SEP, Einstein nunca teria sido capaz de desenvolver suas idéias de relatividade. Numa visão que ele descreveu como “o pensamento mais afortunado da minha vida”, ele reconheceu que os objetos em queda livre não sentem os campos gravitacionais puxando-os.
(É por isso que os astronautas em órbita ao redor da Terra flutuam. Em queda livre constante, eles não experimentam o campo gravitacional que os mantém em órbita. Sem janelas, eles não saberiam que a Terra estava lá.)
A maioria das idéias principais de Einstein sobre o universo começa com a universalidade da queda livre. Portanto, dessa maneira, a pedra angular da relatividade geral se tornou muito mais forte.
Publicado em 16/06/2020 21h13
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