As teorias da física anteriores introduziram várias constantes fundamentais, incluindo a constante G de Newton, que quantifica a força da interação gravitacional entre dois objetos massivos. Combinadas, essas constantes fundamentais permitem aos físicos descrever o universo de maneiras diretas e fáceis de entender.
No passado, alguns pesquisadores se perguntavam se o valor das constantes fundamentais mudava ao longo do tempo cósmico. Além disso, algumas teorias alternativas da gravidade (ou seja, adaptações ou substitutos da teoria da relatividade geral de Einstein), prevêem que a constante G varia no tempo.
Pesquisadores do Centro Internacional de Ciências Teóricas do Instituto Tata para Pesquisa Fundamental na Índia propuseram recentemente um método que pode ser usado para colocar restrições na variação de G ao longo do tempo cósmico. Este método, descrito em um artigo publicado na Physical Review Letters, é baseado em observações de estrelas binárias de nêutrons em fusão.
“Vários experimentos restringiram a quantidade de variação de G”, disse Parameswaran Ajith, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, ao Phys.org. “Nosso trabalho mostra que as observações de ondas gravitacionais de binários de estrelas de nêutrons fornecem um novo método para medir a variação de tempo de G. A partir do sinal de onda gravitacional originado de uma fusão de estrelas de nêutrons binários, podemos medir a combinação GM / c2, onde M é o massa total do binário ec é a velocidade da luz. Se tivermos uma medição independente de M e c, podemos determinar o valor de G. ”
Embora a velocidade da luz seja conhecida, não há medição independente da massa de uma fusão de estrelas binárias. O que se sabe, entretanto, é que as estrelas de nêutrons têm limites de massa específicos.
Especificamente, os físicos sabem que se uma estrela de nêutrons for muito grande, ela entrará em colapso sob sua própria gravidade. Por outro lado, se for muito leve, não será capaz de segurar seu material. Ajith e seus colegas propuseram essencialmente o uso desses limites de massa conhecidos para restringir a faixa de valores que G pode ter durante uma fusão de estrelas binárias.
“A ideia original do meu colaborador Shasvath Kapadia era usar a emissão eletromagnética da fusão para estimar de forma independente a massa do binário”, disse Ajith. “Embora isso seja, em princípio, possível, as incertezas nesta medição são grandes devido à física complexa envolvida. No futuro, tal medição também pode ser possível.”
As descobertas reunidas por Ajith e seus colegas introduzem novas restrições na constante gravitacional (G) ao longo de uma época cosmológica que não é sondada por quaisquer outras observações. Na verdade, as observações anteriores geralmente investigam o universo muito inicial (ou seja, minutos após o Big Bang) ou a versão mais “recente” do universo (ou seja, até aproximadamente 100 milhões de anos atrás).
O método desenvolvido por esta equipe de pesquisadores pode ajudar a entender melhor até que ponto a constante gravitacional G varia ao longo do tempo cósmico. Além disso, quando aplicado a futuras observações de ondas gravitacionais, pode permitir aos físicos sondar o valor de G por uma época cosmológica estendida, abrangendo 10 bilhões de anos.
“Observatórios de ondas gravitacionais como LIGO e Virgo continuam a melhorar sua sensibilidade. Novos detectores estão sendo construídos no Japão e na Índia”, disse Ajith. “Na próxima década, detectaremos ondas gravitacionais de centenas de estrelas binárias de nêutrons. A próxima geração planejada de detectores detectará milhões delas, e cada observação restringirá o valor de G de uma época cosmológica diferente. Desta forma, nós deve ser capaz de criar um ‘mapa’ da variação de G ao longo de uma época cosmológica estendida que abrange 10 bilhões de anos!”
Publicado em 06/05/2021 17h37
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