Uma equipe internacional de astrofísicos liderada pelo professor australiano Matthew Bailes, do Centro de Excelência em Descoberta de Ondas Gravitacionais (OzGrav) do ARC, mostrou novas e empolgantes evidências de ‘arrastamento de quadros’ – como a rotação de um corpo celeste torce espaço e tempo – depois de rastrear a órbita de um par estelar exótico por quase duas décadas. Os dados, que são mais uma evidência da teoria da relatividade geral de Einstein, são publicados hoje na revista Science.
Mais de um século atrás, Albert Einstein publicou sua icônica teoria da Relatividade Geral – que a força da gravidade surge da curvatura do espaço e do tempo e que objetos, como o Sol e a Terra, alteram essa geometria. Os avanços na instrumentação levaram a uma inundação de ciência recente (ganhadora do prêmio Nobel) de fenômenos mais distantes, relacionados à Relatividade Geral. A descoberta de ondas gravitacionais foi anunciada em 2016; a primeira imagem de uma sombra de buraco negro e estrelas orbitando o buraco negro supermassivo no centro de nossa própria galáxia foi publicada no ano passado.
Há quase 20 anos, uma equipe liderada pelo professor Bailes da Universidade de Tecnologia de Swinburne – diretor do Centro de Excelência em Descoberta de Ondas Gravitacionais (OzGrav) da ARC – começou a observar duas estrelas girando em torno de si em velocidades surpreendentes com o rádio CSIRO Parkes de 64 metros telescópio. Uma é uma anã branca, do tamanho da Terra, mas 300.000 vezes a sua densidade; a outra é uma estrela de nêutrons que, embora tenha apenas 20 quilômetros de diâmetro, é cerca de 100 bilhões de vezes a densidade da Terra. O sistema, que foi descoberto em Parkes, é um sistema de maravilhas relativísticas que leva o nome “PSR J1141-6545”.
Antes de a estrela explodir (se tornando uma estrela de nêutrons), cerca de um milhão de anos atrás, começou a inchar, descartando seu núcleo externo que caía sobre a anã branca próxima. Esses detritos em queda fizeram a anã branca girar cada vez mais rápido, até que seu dia fosse medido apenas em minutos.
Em 1918 (três anos após Einstein publicar sua Teoria), os matemáticos austríacos Josef Lense e Hans Thirring perceberam que, se Einstein estivesse certo, todos os corpos em rotação deveriam “arrastar” o próprio tecido do espaço-tempo ao seu redor. Na vida cotidiana, o efeito é minúsculo e quase indetectável. No início deste século, a primeira evidência experimental desse efeito foi vista em giroscópios que orbitam a Terra, cuja orientação foi arrastada na direção do giro da Terra. Uma anã branca que gira rapidamente, como a do PSR J1141-6545, arrasta o espaço-tempo 100 milhões de vezes com mais força!
Um pulsar em órbita em torno de uma anã branca apresenta uma oportunidade única de explorar a teoria de Einstein em um novo regime ultra-relativístico.
Autor principal do estudo atual, o Dr. Vivek Venkatraman Krishnan (do Instituto Max Planck de Radioastronomia – MPIfR) recebeu a tarefa invejável de desvendar todos os efeitos relativísticos concorrentes em jogo no sistema como parte de seu doutorado. na Universidade de Tecnologia de Swinburne. Ele notou que, a menos que permitisse uma mudança gradual na orientação do plano da órbita, a Relatividade Geral não fazia sentido.
O Dr. Paulo Friere, do MPIfR, percebeu que o arrastamento de quadros de toda a órbita poderia explicar sua órbita inclinada e a equipe apresenta evidências convincentes em apoio a isso no artigo de hoje – mostra que a Relatividade Geral está viva e bem, exibindo mais uma de suas muitas previsões.
O resultado é especialmente agradável para os membros da equipe Bailes, Willem van Straten (Universidade de Tecnologia de Auckland) e Ramesh Bhat (ICRAR-Curtin) que viajam para o telescópio Parkes 64m desde o início dos anos 2000, mapeando pacientemente a órbita com o objetivo final de estudar o universo de Einstein. “Isso faz com que todas as noites e madrugadas valham a pena”, disse Bhat.
Comentários de especialistas:
O autor principal, Vivek Venkatraman Krishnan, Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR): “No início, o par estelar parecia exibir muitos dos efeitos clássicos que a teoria de Einstein previu. Observamos então uma mudança gradual na orientação do plano do órbita.”
“Pulsares são relógios cósmicos. Sua alta estabilidade rotacional significa que qualquer desvio ao tempo de chegada esperado de seus pulsos provavelmente se deve ao movimento do pulsar ou aos elétrons e campos magnéticos que os pulsos encontram. O tempo do pulsar é uma técnica poderosa na qual use relógios atômicos em radiotelescópios para estimar o tempo de chegada dos pulsos do pulsar com uma precisão muito alta. O movimento do pulsar em sua órbita modula o tempo de chegada, possibilitando sua medição. “
Dr. Paulo Freire: “Postulamos que isso pode ser, pelo menos em parte, devido ao chamado ‘arrastamento de quadros’ ao qual toda a matéria está sujeita na presença de um corpo rotativo, conforme previsto pelos matemáticos austríacos Lense e Thirring em 1918. “
Professor Thomas Tauris, Universidade de Aarhus: “Em um par estelar, a primeira estrela a entrar em colapso costuma girar rapidamente devido à subsequente transferência de massa de seu companheiro. As simulações de Tauris ajudaram a quantificar a magnitude do giro da anã branca. Nesse sistema, toda a órbita é sendo arrastado pela rotação da anã branca, que está desalinhada com a órbita “.
Dr. Norbert Wex, Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR): “Uma das primeiras confirmações de arrastamento de quadros usou quatro giroscópios em um satélite em órbita ao redor da Terra, mas em nosso sistema os efeitos são 100 milhões de vezes mais fortes”.
Evan Keane (Organização SKA): “Pulsares são super-relógios no espaço. Super-relógios em campos gravitacionais fortes são os laboratórios dos sonhos de Einstein. Estudamos um dos mais incomuns deles neste sistema estelar binário. Tratando os pulsos periódicos de luz de o pulsar como os tiques de um relógio, podemos ver e desemaranhar muitos efeitos gravitacionais à medida que mudam a configuração orbital e a hora de chegada dos pulsos de tique-taque.Neste caso, vimos a precessão de Thirring, uma predição da Relatividade Geral , pela primeira vez em qualquer sistema estelar “.
Willem van Straten (AUT): “Depois de excluir uma série de possíveis erros experimentais, começamos a suspeitar que a interação entre a anã branca e a estrela de nêutrons não era tão simples quanto se supunha até agora”.
Publicado em 31/01/2020
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