Mais de 100 anos depois que Albert Einstein publicou sua teoria icônica da relatividade geral, está começando a se desgastar, disse Andrea Ghez, professor de física e astronomia da UCLA. Agora, no teste mais abrangente da relatividade geral perto do monstruoso buraco negro no centro de nossa galáxia, Ghez e sua equipe de pesquisa relatam em 25 de julho na revista Science que a teoria da relatividade geral de Einstein se sustenta.
“Einstein está certo, pelo menos por enquanto”, disse Ghez, co-autor principal da pesquisa. “Podemos absolutamente descartar a lei da gravidade de Newton. Nossas observações são consistentes com a teoria da relatividade geral de Einstein. No entanto, sua teoria está definitivamente mostrando vulnerabilidade. Não pode explicar completamente a gravidade dentro de um buraco negro, e em algum momento precisaremos nos mover além da teoria de Einstein para uma teoria da gravidade mais abrangente que explica o que é um buraco negro. “
A teoria da relatividade geral de Einstein de 1915 sustenta que o que percebemos como a força da gravidade surge da curvatura do espaço e do tempo. O cientista propôs que objetos como o Sol e a Terra mudam essa geometria. A teoria de Einstein é a melhor descrição de como a gravidade funciona, disse Ghez, cuja equipe de astrônomos liderada pela UCLA fez medições diretas do fenômeno perto de um buraco negro supermassivo – pesquisa que Ghez descreve como “astrofísica extrema”.
As leis da física, incluindo a gravidade, devem ser válidas em todo o universo, disse Ghez, acrescentando que sua equipe de pesquisa é um dos dois únicos grupos do mundo a observar uma estrela conhecida como S0-2 fazendo uma órbita completa em três dimensões. em torno do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. A órbita completa leva 16 anos e a massa do buraco negro é cerca de quatro milhões de vezes a massa do sol.
Os pesquisadores dizem que seu trabalho é o estudo mais detalhado já realizado sobre o buraco negro supermassivo e a teoria da relatividade geral de Einstein.
Os dados-chave da pesquisa foram espectros que a equipe de Ghez analisou em abril, maio e setembro, quando sua “estrela favorita” fez sua maior aproximação ao enorme buraco negro. Os espectros, que Ghez descreveu como o “arco-íris de luz” das estrelas, mostram a intensidade da luz e oferecem informações importantes sobre a estrela da qual a luz viaja. Os espectros também mostram a composição da estrela. Esses dados foram combinados com as medições feitas por Ghez e sua equipe nos últimos 24 anos.
Espectros – coletados no W.M. O Observatório Keck, no Havaí, usando um espectrógrafo construído na UCLA por uma equipe liderada pelo colega James Larkin, fornece a terceira dimensão, revelando o movimento da estrela em um nível de precisão não alcançado previamente. (Imagens da estrela que os pesquisadores tomaram no Observatório Keck fornecem as outras duas dimensões.) O instrumento de Larkin retira a luz de uma estrela e a dispersa, semelhante à forma como as gotas de chuva dispersam a luz do sol para criar um arco-íris, disse Ghez.
“O que há de tão especial em S0-2 é que temos sua órbita completa em três dimensões”, disse Ghez, que detém a cadeira Lauren B. Leichtman e Arthur E. Levine em Astrofísica. “Isso é o que nos dá o ingresso para os testes da relatividade geral. Perguntamos como a gravidade se comporta perto de um buraco negro supermassivo e se a teoria de Einstein está nos contando a história completa. Ver estrelas atravessar sua órbita completa fornece a primeira oportunidade para testar física usando os movimentos dessas estrelas “.
A equipe de pesquisa de Ghez foi capaz de ver a mistura de espaço e tempo perto do buraco negro supermassivo. “Na versão de gravidade de Newton, o espaço e o tempo são separados e não se misturam; sob Einstein, eles ficam completamente misturados perto de um buraco negro”, disse ela.
“Fazer uma medida de importância fundamental exigiu anos de observação do paciente, possibilitada pela tecnologia de ponta”, disse Richard Green, diretor da divisão de ciências astronômicas da National Science Foundation. Por mais de duas décadas, a divisão apoiou Ghez, juntamente com vários elementos técnicos essenciais para a descoberta da equipe de pesquisa. “Através de seus esforços rigorosos, Ghez e seus colaboradores produziram uma validação de alta significância da ideia de Einstein sobre a forte gravidade.”
O diretor do Keck Observatory, Hilton Lewis, chamou Ghez de “um dos nossos mais apaixonados e tenazes usuários do Keck”. “Sua mais recente pesquisa inovadora”, disse ele, “é a culminação de um compromisso inabalável nas últimas duas décadas para desvendar os mistérios do buraco negro supermassivo no centro de nossa galáxia Via Láctea”.
Os pesquisadores estudaram fótons – partículas de luz – enquanto viajavam de S0-2 para a Terra. S0-2 se move em torno do buraco negro em velocidades de mais de 16 milhões de quilômetros por hora em sua aproximação mais próxima. Einstein havia relatado que nessa região perto do buraco negro, os fótons precisam fazer um trabalho extra. Seu comprimento de onda quando saem da estrela depende não apenas de quão rápido a estrela está se movendo, mas também de quanta energia os fótons gastam para escapar do poderoso campo gravitacional do buraco negro. Perto de um buraco negro, a gravidade é muito mais forte que na Terra.
Ghez teve a oportunidade de apresentar dados parciais no último verão, mas optou por não fazê-lo, de modo que sua equipe pudesse analisar minuciosamente os dados primeiro. “Estamos aprendendo como funciona a gravidade. É uma das quatro forças fundamentais e a que testamos menos”, disse ela. “Há muitas regiões onde nós simplesmente não perguntamos, como funciona a gravidade aqui? É fácil ser confiante demais e há muitas maneiras de interpretar mal os dados, muitas maneiras que pequenos erros podem se acumular em erros significativos, e é por isso que fizemos não apresse nossa análise. “
Ghez, um beneficiário de 2008 da MacArthur “Genius” Fellowship, estuda mais de 3.000 estrelas que orbitam o buraco negro supermassivo. Centenas deles são jovens, disse ela, em uma região onde os astrônomos não esperavam vê-los.
Leva 26.000 anos para os fótons de S0-2 chegarem à Terra. “Estamos muito empolgados e nos preparamos há anos para fazer essas medições”, disse Ghez, que dirige o UCLA Galactic Center Group. “Para nós, é visceral, é agora – mas aconteceu 26.000 anos atrás!”
Este é o primeiro de muitos testes de relatividade geral que a equipe de pesquisa de Ghez irá conduzir em estrelas próximas ao buraco negro supermassivo. Entre as estrelas que mais a interessam está S0-102, que tem a órbita mais curta, levando 11 anos e meio para completar uma órbita completa ao redor do buraco negro. A maioria das estrelas estudadas por Ghez tem órbitas muito mais longas que a vida humana.
A equipe de Ghez fez medições a cada quatro noites durante períodos cruciais em 2018 usando o Observatório Keck – que fica no topo do vulcão Mauna Kea, no Havaí, e abriga um dos maiores e mais importantes telescópios óticos e infravermelhos do mundo. As medições também são feitas com um telescópio ótico infravermelho no Observatório Gemini e no Telescópio Subaru, também no Havaí. Ela e sua equipe usaram esses telescópios no local no Havaí e remotamente de uma sala de observação no departamento de física e astronomia da UCLA.
Os buracos negros têm uma densidade tão alta que nada consegue escapar de sua atração gravitacional, nem mesmo da luz. (Eles não podem ser vistos diretamente, mas sua influência nas estrelas próximas é visível e fornece uma assinatura. Uma vez que algo cruza o “horizonte de eventos” de um buraco negro, ele não será capaz de escapar. Entretanto, a estrela S0-2 ainda está muito longe do horizonte de eventos, mesmo em sua aproximação mais próxima, para que seus fótons não sejam puxados para dentro.)
Publicado em 25/07/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-07-einstein-relativity-theory.html
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