O que Albert Einstein, o GPS e um sistema duplo de estrelas a 29 mil anos-luz de distância da Terra têm em comum? Bom, Albert Einstein explica muita coisa no mundo ao nosso entorno, e a triangulação de posição que possibilita a existência do GPS (sigla em inglês para Sistema de Posicionamento Global), dependem do “desvio para o vermelho gravitacional”. O fenômeno foi, agora, observado no sistema duplo de estrelas, e correspondeu com as previsões teóricas.
Todo mundo já cansou de ouvir que Albert instein acertou novamente. A Relatividade Geral impressiona a todos, já que Einstein a desenvolveu há mais de cem anos de forma completamente teórica, e até os dias atuais a Teoria responde perfeitamente aos mais diversos fenômenos físicos e astrofísicos – e este é apenas mais um desses casos.
Os cientistas descreveram o trabalho em um estudo aceito para publicação no periódico The Astrophysical Journal Letters, mas por ora publicado apenas como preprint no arXiv.
Sistema duplo de estrelas um tanto extremo
Os astrônomos utilizaram o Observatório de raios-X Chandra da NASA, lançado em 1999 e operante até os dias de hoje. O Chanda, como o próprio nome sugere, varre o céu nas faixas de raios-x. A NASA planejou 5 anos de duração para a missão; no entanto, o observatório já opera por mais de duas décadas, e responsabiliza-se por muitas observações e descobertas importantes.
Com os seus dados, os cientistas descobriram e observaram um sistema duplo de estrelas a 29 mil anos-luz da Terra, o 4U 1916-053. Uma das estrelas é uma estrela comum, mas extremamente densa, se comparada ao Sol. A segunda, é uma estrela de nêutrons, o segundo objeto mais denso do universo – perde apenas para os buracos negros.
Um ponto bastante peculiar de sua relação é a proximidade. As estrelas se orbitam a uma distância equivalente à distância da Terra à Lua. Isso é uma distância extremamente em curta, em termos de estrelas, principalmente pelo fato de lidarmos com uma outra escala de massas, muito diferente das massas da Terra e da Lua.
Por estarem tão próximas, e se submeterem à forte força gravitacional, as estrelas giram extremamente rápido. Por exemplo, a Lua completa uma órbita em torno da Terra em praticamente um mês. Mas a estrela mais “comum” gira em torno da estrela de nêutrons em apenas 50 minutos, nesse caso.
Einstein, de novo?
A Teoria da Relatividade Geral, de Einstein, respalda o fenômeno chamado de desvio para o vermelho gravitacional, mas os cientistas só conseguiram prová-lo na década de 1960. O fenômeno é essencial para o funcionamento do GPS, e funciona com a distorção da luz pela força da gravidade.
Os cientistas, então, com os dados do Chandra, detectaram as assinaturas eletromagnéticas do ferro e do silício. Cada material reflete a luz de uma forma, e é isso é facilmente detectado pela espectrografia. O gráfico abaixo indica as curvas de luz de cada material; o ferro, à esquerda e o silício, à direita.
No entanto, houve uma distorção. As ondas de cada material deslocaram-se para comprimentos de ondas maiores, ou seja, comprimentos mais vermelhos do que os valores encontrados em condições gravitacionais mais simples.
O desvio para o vermelho é bastante comum pelo Efeito Doppler, que distorce a luz pela simples velocidade dos movimentos, como a sirene de uma ambulância. Inicialmente os cientistas pensaram tratar-se desse fenômeno. No entanto, ao calcular o desvio para o vermelho com o Efeito Doppler, os cientista perceberam que o desvio real era grande demais. Então, os cálculos bateram com o desvio para o vermelho gravitacional.
Os satélites de GPS levam esse fenômeno em conta para sincronizar o tempo. Quanto maior a força gravitacional, o tempo passa mais devagar. Portanto, os satélites na órbita da Terra marcam o tempo de forma diferente do que se passa na Terra. Trata-se de uma passagem imperceptível aos humanos, mas essencial para o GPS, que trabalha com um nível de precisão absurdo.
O estudo científico foi aceito para publicação no The Astrophysical Journal Letters, mas publicado ainda apenas no arXiv. Com informações de Space.com e Chandra/Harvard.
