Recentemente, dois de astrônomos se voltaram para uma das estrelas mais antigas do universo com o objetivo de testar a constância de uma das quatro forças fundamentais da natureza – a gravidade. Eles olharam para o passado, nos últimos bilhões de anos, em busca de inconsistências.

O “G” de Newton

A constante gravitacional de Newton é chamada simplesmente por “G”, e assim é conhecida porque Isaac Newton foi a primeira pessoa a realmente precisar dela para ajudar a descrever suas famosas leis do movimento. Graças ao seu cálculo recém-inventado, ele conseguiu estender suas leis do movimento para explicar o comportamento de tudo, desde maçãs caindo de uma árvore até as órbitas dos planetas ao redor do sol. Entretanto nada em sua matemática lhe dizia o quão forte deveria ser a gravidade, que precisava ser experimentalmente medida e inserida para fazer as leis funcionarem.

Mais tarde Einstein trouxe uma compreensão mais sofisticada da gravidade, graças à teoria da relatividade geral de Einstein, que descreve como a gravidade surge da distorção do próprio espaço-tempo.E uma das pedras angulares da relatividade é que as leis físicas devem permanecer as mesmas em todos os referenciais. Por exemplo: se um observador em um referencial específico – digamos, alguém na superfície da Terra ou flutuando no meio do espaço – mede uma força de gravidade específica (G de Newton), esse mesmo valor deve ser aplicado igualmente por todo o espaço e tempo.

Sabe-se que a relatividade geral é uma teoria incompleta da gravidade. Ela não se aplica pois ela não se aplica ao reino quântico – Um exemplo disso são, às partículas minúsculas que compõem um elétron ou um próton – e a busca continua para encontrar uma verdadeira teoria quântica da gravidade. Um desses candidatos a essa teoria é chamado de teoria das cordas e, na teoria das cordas.

A teoria das cordas

Segundo a teoria das cordas, tudo o que sabemos sobre a natureza, desde o número de partículas e forças a todas as suas propriedades, incluindo a constante gravitacional, deve surgir de maneira natural e elegante da própria matemática. Se isso é verdade, a constante gravitacional de Newton não é apenas um número aleatório – é um resultado de algum processo complexo operando no nível subatômico que, não precisa ser constante. E assim, na teoria das cordas, à medida que o universo cresce e muda, as constantes fundamentais da natureza podem mudar juntamente com ele.

Isso levanta a questão: a constante de Newton é de fato uma constante? Einstein dá ideia de que sim, mas os teóricos das cordas afirmam que apenas talvez. Então, fica claro que alguns testes devem ser realizados.

A teoria de Einstein é contestada

Nas últimas décadas, cientistas realizaram experimentos muito sensíveis a força da gravidade na Terra e em suas proximidades. Esses testes mostram algumas das restrições mais rígidas sobre as variações em G, mas observadas apenas nos últimos anos. Pode ser que a constante de Newton varie incrivelmente devagar, e nós apenas não olhávamos com atenção durante muito tempo.

Porém, se você brinca com as constantes fundamentais da natureza, começará a bagunçar a física do universo primitivo, que é visível para nós na forma do chamado fundo cósmico de microondas, este é o padrão de luz pós-brilho de quando o universo tinha apenas algumas centenas de milhares de anos. Observações detalhadas dessa luz de fundo também impõem restrições à constante gravitacional, mas essas restrições são muito menos precisas do que as encontradas nos testes que podemos fazer em nosso próprio quintal.

Um teste mais preciso

Recentemente, astrônomos criaram uma forma de testar variações em G que atinge um bom meio termo entre esses dois extremos. É um teste de precisão relativamente alta; não tão preciso quanto os baseados na Terra, mas muito melhor que os cósmicos, e também tem o benefício de abranger literalmente bilhões de anos. Assim, se torna possível buscar mudanças na constante gravitacional de Newton observando a oscilação de uma das estrelas mais antigas do universo.

De volta ao G de Newton

E se você começar a mexer nas constantes da natureza, como o G de Newton, isso mudará a forma como as estrelas evoluem ao longo de suas vidas. Se a constante de Newton realmente é constante, as estrelas devem aumentar lentamente em brilho e temperatura ao longo do tempo, porque, à medida que queimam hidrogênio em seus núcleos, deixam para trás um pedaço inerte de hélio. Esse hélio atrapalha o processo de fusão, reduzindo sua eficiência, forçando as estrelas a queimarem em um ritmo mais rápido, e dessa forma mantendo o equilíbrio, ficando mais quentes e brilhantes no processo.

Se a constante de Newton estiver diminuindo lentamente com o tempo, esse processo de clareamento e aquecimento operará em escalas de tempo muito mais rápidas. Mas se a constante de Newton se comportar de maneira oposta e aumentar constantemente com o tempo, as estrelas na verdade mergulharão na temperatura por um certo período, e então manterão essa temperatura fixa enquanto aumentam de brilho à medida que envelhecem.

Um problema é essas mudanças só são realmente aparentes por períodos muito longos, por isso não podemos apenas ver o nosso próprio sol – que tem cerca de 4,5 bilhões de anos – como um bom exemplo. Além disso, grandes estrelas não têm vida longa, e também possuem interiores incrivelmente complexos, difíceis de modelar.

Uma solução nas estrelas

A KIC 7970740 é uma estrela com apenas três quartos da massa de nosso sol que queima há pelo menos 11 bilhões de anos.D Após observarem essa estrela, os astrônomos pegaram anos de dados de Kepler e os compararam com vários modelos da evolução da estrela, incluindo aqueles com variações no G. de Newton. Em seguida, eles amarraram esses modelos a observações da sismologia – as manobras – na superfície. Com base em suas observações, a constante de Newton é realmente constante, pelo menos na medida do possível, sem alterações detectadas no nível de 2 partes em um trilhão (É como comparar 4 mil quilômetros a largura de uma única bactéria) nos últimos 11 bilhões de anos.

De onde vem a constante de Newton e como ela permanece tão constante? Não temos resposta para essa pergunta, por enquanto.

FONTE / Live Science