A teoria gravitacional de Einstein vale mesmo em condições extremas

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Traduzido de Phys.org

Solte um mármore e uma bala de canhão da Torre de Pisa ao mesmo tempo e eles atingirão o solo ao mesmo tempo. Esse fato é explicado pela teoria da gravidade de Albert Einstein  Relatividade Geral que prevê que todos os objetos caem da mesma maneira, independentemente de sua massa ou composição.

Até mesmo a Terra e a Lua “caem” da mesma maneira em direção ao sol enquanto orbitam umas às outras.

A teoria de Einstein passou em todos os testes em laboratórios e em outras partes do nosso  solar . Mas os cientistas sabem que a mecânica quântica se comporta de maneira diferente, de modo que a teoria de Einstein precisa se “quebrar” em algum lugar. Mas esse princípio também se aplica a objetos com  força gravitacional extrema ?

A resposta é “sim”, de acordo com uma equipe internacional de astrônomos, incluindo um da Universidade de Wisconsin-Milwaukee. Eles testaram a questão com a ajuda de três  orbitando umas às outras em um “laboratório” natural, cerca de 4.200 anos-luz da Terra.

Os resultados da equipe, liderados por pesquisadores da Universidade de Amsterdã e do Instituto Holandês de Radioastronomia (ASTRON), são publicados hoje na Nature .

Sistema estrela triplo

Seu objeto de teste é um sistema  chamado PSR J0337 + 1715, consistindo de uma estrela de nêutrons em uma órbita de 1,6 dia com uma anã branca. Este par está em uma órbita de 327 dias com outra anã branca mais distante.

Do tamanho de um planeta, uma anã branca é uma estrela que exauriu seu combustível nuclear e apenas o núcleo quente permanece. Enquanto  são pequenas e densas, nada supera a densidade de uma estrela de nêutrons, que são cinzas que sobraram depois que uma estrela superquente explodiu. Sua gravidade esmagou os restos maciços em um remanescente do tamanho de uma cidade.

A estrela de nêutrons se torna um pulsar quando gira rapidamente e possui um  . Pulsares emitem ondas de rádio, raios-X ou até mesmo luz óptica em cada rotação.

Os pesquisadores fizeram a medição rastreando a estrela de nêutrons, um pulsar.

“Ele gira 366 vezes por segundo e feixes de  de  giram em seu torno”, disse Anne Archibald, a primeira autora do artigo na ASTRON da Universidade de Amsterdã. “Eles varrem a Terra em intervalos regulares, como um farol cósmico. Usamos esses pulsos de rádio para rastrear a posição da estrela de nêutrons.”

Gravidade de uma anã branca

Quando o pulsar se move, algo o está acontecendo, disse David Kaplan, professor associado de física na Universidade de Wisconsin-Milwaukee e co-autor do artigo. “Se Einstein estiver correto, tem que ser a gravidade da anã branca que está envolvendo e fazendo o pulsar se mover.”

A equipe de astrônomos seguiu a estrela de nêutrons por seis anos usando o Westerbork Synthesis Radio Telescope na Holanda, o Green Bank Telescope em West Virginia e o Observatório Arecibo em Porto Rico.

Se a estrela de nêutrons caísse de maneira diferente da anã branca, os pulsos chegariam a um tempo diferente do esperado. Mas, como esperado pelos pesquisadores , isso não aconteceu. Archibald e seus colegas descobriram que qualquer diferença entre as acelerações da estrela de  e da anã branca seria pequena demais para ser detectada.

Este sistema oferece aos pesquisadores a oportunidade de testar a natureza da gravidade com muito mais sensibilidade, disse Kaplan, que estava entre os pesquisadores que publicaram pela primeira vez sobre o sistema que foi descoberto em 2012.

“Fizemos melhor com este sistema do que os testes anteriores por um fator de 10”, disse Kaplan. “Mas não é uma resposta rígida. A reconciliação da gravidade com  ainda não foi resolvido.”

Não se pode ignorar a relatividade

Uma descrição mais precisa da gravidade é importante também por outras razões, disse Kaplan.

“Se você ignorasse a relatividade geral, mas tentasse usar o GPS em seu telefone, acabaria longe do seu destino”, disse ele. “Mas também estamos tentando entender como o universo funciona aqui. Ainda não entendemos como as estrelas se movem.”

Avanços em radiotelescópios oferecem mais chances de encontrar o sistema triplo perfeito para testar, disse Jason Hessels, professor associado da ASTRON e da Universidade de Amsterdã.

Se o Square Kilometer Array for construído na Austrália e na África do Sul, como planejado, seria o maior radiotelescópio do mundo, capaz de encontrar muito mais pulsares de milissegundo, como são agora conhecidos em nossa galáxia.

“Entre esses sistemas, ainda não descobertos, podem se encontrar ferramentas ainda mais poderosas para a compreensão do universo”, disse Hessels. “Talvez um desses possa fornecer nossa primeira olhada em uma teoria além da de Einstein.”