Supercomputadores simulando galáxias demonstram que a teoria da Relatividade Geral de Einstein talvez não seja a única explicação de como a gravidade funciona ou como as galáxias se formam.
Físicos da Universidade de Durham, Reino Unido, fizeram uma simulação do cosmos usando um modelo substituto para a gravidade-f(R)-gravidade, a denominada Teoria do Camaleão.
As imagens obtidas pela simulação mostram que galáxias como a nossa Via Láctea ainda conseguiriam se formar no Universo mesmo com distintas leis de gravidade.
Os resultados mostram a possibilidade da Teoria Camaleão – assim chamada porque muda o comportamento de acordo com o ambiente – como uma alternativa à Relatividade Geral na explicação da formação de estruturas no Universo.
A investigação pode também ajudar a compreender melhor a energia escura – a substância misteriosa que está a acelerar a taxa de expansão do Universo.
Os resultados foram publicados na revista Nature Astronomy.
A Relatividade Geral foi desenvolvida por Albert Einstein no início de 1900 para explicar o efeito gravitacional de grandes objetos no espaço, por exemplo, para explicar a órbita de Mercúrio no sistema solar.
É a base da cosmologia moderna, mas também desempenha um papel na vida cotidiana, por exemplo, no cálculo de posicionamento do GPS em smartphones.
Os cientistas já sabem, a partir de cálculos teóricos, que a Teoria Camaleão pode replicar o sucesso da Relatividade Geral no sistema solar.
A equipe de Durham mostrou que esta teoria permite que galáxias realistas como a nossa Via Láctea se formem e podem ser distinguidas da Relatividade Geral em grandes escalas cosmológicas.
“A Teoria Camaleão permite que as leis da gravidade sejam modificadas para que possamos testar o efeito das mudanças na gravidade na formação das galáxias”, disse o Dr. Christian Arnold, do Instituto de Cosmologia Computacional da Universidade de Durham.
“Através de nossas simulações, mostramos pela primeira vez que, mesmo que você mude a gravidade, ela não impedirá a formação de galáxias de discos com braços espirais.”
“A nossa pesquisa definitivamente não significa que a Relatividade Geral esteja errada, mas mostra que não tem de ser a única forma de explicar o papel da gravidade na evolução do Universo.”
Os cientistas olharam para a interatividade entre a gravidade na Teoria Camaleão e os buracos negros supermassivos que estão no centro das galáxias.
Os buracos negros desempenham um papel fundamental na formação de galáxias porque o calor e o material que ejetam ao engolir a matéria circundante podem queimar o gás necessário para formar estrelas, impedindo efetivamente a formação de estrelas.
A quantidade de calor expelida pelos buracos negros é alterada pela alteração da gravidade, influenciando a forma como as galáxias se formam.
No entanto, as novas simulações mostraram que mesmo considerando a mudança na gravidade causada pela aplicação da Teoria Camaleão, as galáxias ainda eram capazes de se formar.
A Relatividade Geral também tem consequências na compreensão da expansão acelerada do Universo.
Os cientistas acreditam que essa expansão está sendo impulsionada pela energia escura e os pesquisadores de Durham dizem que suas descobertas podem ser um pequeno passo para explicar as propriedades dessa substância.
“Na Relatividade Geral, os cientistas respondem pela expansão acelerada do Universo, introduzindo uma forma misteriosa de matéria chamada energia escura – cuja forma mais simples pode ser uma constante cosmológica, na qual a densidade é uma constante no espaço e no tempo”, diz o professor Baojiu Li, do Instituto para Cosmologia Computacional da Universidade de Durham.
“No entanto, outras alternativas a uma constante cosmológica que explicam a expansão acelerada modificando a lei da gravidade, como a gravidade f(R), também são amplamente consideradas, dado o pouco que se sabe sobre a energia escura”.
Os investigadores de Durham esperam que os seus resultados possam ser testados através de observações utilizando o telescópio Square Kilometre Array (SKA), baseado na Austrália e na África do Sul, que deverá iniciar as observações em 2020.
O SKA será o maior radiotelescópio do mundo e pretende desafiar a teoria da Relatividade Geral de Einstein, observar como as primeiras estrelas e galáxias se formaram após o Big Bang, e ajudar os cientistas a compreender a natureza ou a energia escura.
FONTES / University of Durham via Phys.org / DOI: 10.1038/s41550-019-0823-y
