Astrônomos confirmam (mais uma vez) teoria de Einstein
Dados obtidos a partir de uma estrela de nêutrons muito massiva mostram que teoria da relatividade geral, formulada por Albert Einstein, estava correta, mesmo em condições de gravidade extrema
“O estudo deixa pouco espaço para as teorias que pretendem contestar a relatividade.” – Jorge Ernesto Horvath, professor do Departamento de Astronomia do IAG/USP
Um raro par de estrelas, localizado a mais de 7.000 anos-luz da Terra, serviu como um laboratório cósmico para que um grupo de astrônomos estudasse a natureza da gravidade. Os pesquisadores usaram o Very Large Telescope, do Observatório Europeu do Sul, no Chile, e radiotelescópios espalhados ao redor do mundo para analisar o sistema binário, composto por uma estrela de nêutrons – a mais massiva encontrada até hoje – e uma estrela anã branca. A enorme gravidade provocada por esse sistema permitiu aos pesquisadores testarem a teoria da gravitação proposta por Albert Einstein, conhecida como relatividade geral, em condições que não tinham sido possíveis até hoje. Segundo um estudo publicado nesta quinta-feira na revista Science, as primeiras medições estão totalmente de acordo com as previsões do físico, deixando pouco espaço para teorias alternativas.
CONHEÇA A PESQUISA
Título original: A Massive Pulsar in a Compact Relativistic Binary
Onde foi divulgada: periódico Science
Quem fez: John Antoniadis, Paulo C. C. Freire, Norbert Wex, Thomas M. Tauris, Ryan S. Lynch e Marten H. van Kerkwijk
Instituição: Instituto Max Planck de Radioastronomia, na Alemanha
Dados de amostragem: Dados sobre um sistema binário formado por uma estrela de nêutrons e uma anã branca
Resultado: Ao analisar os dados, os pesquisadores conseguiram mostrar que as estrelas se comportavam do mesmo modo previsto pela relatividade geral
Desde 2011, os astrônomos estudam o sistema, composto por dois cadáveres estelares. Uma estrela de nêutrons é resultado da explosão de uma supernova, na qual o centro estelar entra em colapso e forma um corpo pequeno, mas muito massivo. Os pulsos de ondas de rádio emitidas por esse novo corpo podem ser captados a partir da Terra com o auxílio de radiotelescópios – por isso, ele também é chamado de pulsar. A estrela de nêutrons estudada pelos pesquisadores é tão densa que tem uma massa duas vezes maior que a do Sol reunida em um diâmetro de apenas vinte quilômetros. Em seu interior, um espaço do tamanho de um cubo de açúcar reúne mais de um bilhão de toneladas de matéria comprimida. Tamanha densidade acarreta em uma enorme força gravitacional: a gravidade em sua superfície supera a da Terra em mais de 300 bilhões de vezes.
A sua companheira anã branca é um pouco menos exótica. Trata-se de um resto brilhante de uma estrela muito mais leve, que perdeu grande parte de sua massa e está se apagando lentamente. Ela está muito próxima à estrela de nêutrons – sua órbita é de apenas duas horas e meia – e sofre efeito de sua enorme gravidade. Ao contrário do pulsar, ela pode ser observada na luz visível, mas apenas por telescópios muito potentes.
A equipe combinou as observações da anã branca, obtidas pelo Very Large Telescope, com o sinal do pulsar obtido pelos radiotelescópios para estudar os limites das teorias físicas em ambientes de enorme gravidade. “Observei o sistema procurando por variações na radiação emitida pela anã branca, causadas por seu movimento em torno do pulsar. Uma análise rápida me fez perceber que o pulsar é um verdadeiro peso pesado. Ele é a estrela de nêutrons de maior massa conhecida até hoje e também um excelente laboratório para a física fundamental”, diz John Antoniadis, pesquisador do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR), na Alemanha, e autor da pesquisa.
Relatividade em debate – A teoria da relatividade geral explica a gravidade como uma consequência da curvatura do espaço-tempo criada pela presença de matéria. Desde que foi formulada, há quase 100 anos, ela tem resistido a todos os testes. No entanto, nesse meio tempo, inúmeros cientistas formularam outras teorias para explicar a natureza da gravidade. Experimentos científicos realizados na Terra, onde as massas e a força gravitacional são minúsculas, não são capazes de comprovar ou negar a maioria dessas teorias. Os pesquisadores só conseguem diferenciá-las quando estudam campos gravitacionais extremamente fortes, que estão localizados longe do Sistema Solar – exatamente como o pulsar analisado pelos astrônomos.
Outro fator que tornou o sistema binário um laboratório ideal para o estudo da relatividade é a curta distância que separa os dois corpos. Sistemas binários nos quais as estrelas orbitam de maneira muito próxima costumam emitir ondas gravitacionais, ondulações que se propagam pelo espaço-tempo. Isso leva o sistema a perder energia, fazendo com que as estrelas se aproximem e a órbita diminua ao longo do tempo.
As ondas gravitacionais não podem ser medidas a partir da Terra, mas a variação da órbita que elas causam pode. E é justamente aí que está a chave para descobrir qual teoria explica melhor a gravidade: a relatividade geral e as outras hipóteses levam a previsões diferentes quanto a essa variação na órbita das estrelas. “As nossas observações de rádio foram tão precisas que já conseguimos medir a variação do período orbital com valores da ordem de oito milionésimos de segundo por ano, exatamente como previsto pela teoria de Einstein”, diz o português Paulo Freire, outro integrante da equipe.
Dessa forma, os pesquisadores conseguiram mostrar que a teoria da relatividade geral funciona mesmo nas condições mais extremas de gravidade estudadas até agora, deixando cada vez menos espaço para as teorias alternativas.
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Saiba mais
TEORIA DA RELATIVIDADE
A Teoria da Relatividade foi desenvolvida pelo físico alemão Albert Einstein no início do século XX. Ela pode ser dividida em dois campos: a relatividade restrita e a geral. Um dos postulados da relatividade restrita diz que a velocidade da luz medida no vácuo é a mesma sob qualquer referencial de observação. Mesmo que um objeto esteja se afastando ou se aproximando, a velocidade relativa da luz não muda. Para que a velocidade seja sempre a mesma, é necessário que as coordenadas que descrevem o tempo e o espaço passem a ser variáveis, dependentes da cada referencial.
Já a relatividade geral explica como a gravidade emerge a partir da deformação do espaço-tempo. Segundo Einstein, o espaço e o tempo são uma coisa só, um tecido que é alterado pela presença de massa (e energia). É como se este fosse uma grande superfície elástica. Planetas colocados sobre essa superfície “afundam” o plano por causa de sua massa ou velocidade. À medida que um satélite, por exemplo, se move na direção de um planeta, ele cai em direção ao astro por causa dessa deformação. Se o espaço-tempo for uma espécie de superfície que se estica com a presença de objetos pesados, isso também significa que o tempo passa mais devagar nas proximidades desses objetos.
PULSARES
Estrelas de nêutrons de pequeno tamanho, alta densidade e forte campo gravitacional (2 x 10¹¹ maior que o da Terra). Podem ser o resultado de explosões de supernovas. Quando uma estrela com massa a partir de oito vezes a do Sol termina de queimar o seu ‘combustível’, ela explode. Como resultado, a região central entra em colapso, de forma que prótons e elétrons se combinam para formar nêutrons. Os pulsos de ondas de rádio e de raios gama emitidos por elas podem ser captados pelos telescópios.
ANÃS BRANCAS
Quando uma estrela como o Sol tem sua energia esgotada, ela se transforma em anã branca. Cientistas acreditam que daqui a aproximadamente 5 bilhões de anos o Sol também vai se apagar e se tornar uma anã branca.
Opinião do Especialista
Jorge Ernesto Horvath
Professor do Departamento de Astronomia do IAG/USP
“A pesquisa representa mais um passo na longa cadeia de tentativas de utilizar os sistemas astronômicos para compreender a gravitação. Os estudos da astrofísica são exatamente isso: a natureza faz os experimentos para os cientistas, que devem apenas destrinchar as informações, mas com muito esforço e investimento.
“A teoria da relatividade geral diz como o espaço-tempo se modifica na presença de massa. A órbita da anã branca, por exemplo, pode ser entendida como a sua trajetória seguindo a distorção no espaço-tempo provocada pelo pulsar.
“O pulsar estudado é espacialmente pequeno, mas muito massivo. Ele tem duas vezes mais massa do que o Sol. Seu tamanho, no entanto, não é maior que o da cidade de São Paulo. Seu interior é mais denso do que o núcleo atômico. Por isso, a anã branca sente a gravitação de forma muito intensa.
“O sistema estelar estudado tem órbita muito curta. A órbita da Terra em torno do Sol é de um ano, enquanto a do sistema binário é de pouco menos de três horas. Isso significa que elas estão muito perto uma da outra, emitindo ondas gravitacionais a uma taxa alta.
“Trata-se de um sistema extremo, um dos mais interessantes para se estudar. Se a anã branca estivesse mais distante, os efeitos seriam menores, e o interesse diminuiria.
“A partir dos dados obtidos pelos telescópios, os pesquisadores conseguiram medir uma série de dados com perfeição, como a massa do pulsar, da anã branca e sua órbita. Ao saber de todos esses números, os pesquisadores podem calcular quanta radiação gravitacional o sistema está emitindo. Depois, é possível comparar esse dado com as previsões da relatividade geral. Os pesquisadores mostraram que não houve praticamente nenhuma discrepância, confirmando que a teoria funciona em um regime gravitacional muito diferente do nosso. Isso deixa pouco espaço para as teorias que pretendem contestar a relatividade; elas têm cada vez menos espaço para se mostrarem viáveis para descrever a gravidade.”
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