Testes da Relatividade Geral em Estrelas de Nêutrons Binárias

A teoria da relatividade geral de Einstein resistiu a 100 anos de testes experimentais. No entanto, não se sabem o quão bem os campos gravitacionais muito fortes produzidos pela fusão de estrelas de nêutrons obedecem a essa teoria.

Novas técnicas mais sofisticadas agora podem procurar desvios da relatividade geral com uma sensibilidade sem precedentes. Cientistas dos Institutos Max Planck para Física Gravitacional e para Radioastronomia estão utilizando duas ferramentas para testar o regime de gravidade de campo forte - sincronismo de pulsar e observações de ondas gravitacionais - e demonstraram como a combinação desses métodos pode colocar teorias alternativas de relatividade geral teste.

 Sincronismo de Pulsar ou "Pulsar Timing" é o monitoramento regular da rotação da estrela de nêutrons, rastreando os horários de chegada dos pulsos de rádio.

Os autores investigam teorias da gravidade alternativas em que os fortes campos gravitacionais das estrelas de nêutrons diferem daqueles preditos pela relatividade geral. Esse desvio de campo forte faz com que os sistemas binários irradiem energia e se fundam mais rapidamente do que na relatividade geral - um comportamento que poderá ser visto em observações de estrelas de nêutrons.

"A aceleração gravitacional na superfície de uma estrela de nêutrons é de cerca de 2 x 10¹¹ vezes a da Terra, o que os torna objetos excelentes para estudar a relatividade geral de Einstein e as teorias alternativas no regime de campo forte", explica o Dr. Lijing Shao, autor principal do estudo.

"Em uma investigação sistemática com tecnologias de sincronismo de pulsar, conseguimos colocar restrições em uma classe dessas teorias alternativas mostrando pela primeira vez em detalhes como eles dependem da física extremamente densa da matéria que eles contêm". Isso é codificado como a "equação de estado" das estrelas de nêutrons que ainda é incerta.

As restrições sobre os desvios da relatividade geral estabelecida pelo sincronismo de pulsar deixam um espaço entre cerca de 1,6 e 1,7 massas solares. As observações de ondas gravitacionais de estrelas de nêutrons binárias de massa apropriada podem preencher essa lacuna e assim restringir ainda mais teorias alternativas de gravidade. Veja o gráfico abaixo

Shao e seus colegas estudaram onze possíveis equações de estado para cinco sistemas de pulsar binário, cada um deles uma combinação de uma estrela de nêutrons e uma anã branca. Eles descobriram que as melhores restrições atuais sobre a gravidade modificada dos pulsares binários têm lacunas que os detectores de ondas gravitacionais poderiam preencher.

"Durante a segunda corrida de observação, LIGO e Virgo já provaram que são sensíveis o suficiente para detectar estrelas binárias de nêutrons e sua sensibilidade melhorará nos próximos anos quando sua configuração avançada for alcançada", disse Noah Sennett, segundo autor do estudo.

"Os detectores LIGO-Virgo logo poderão descobrir sistemas binários de estrelas de nêutrons com massas adequadas que poderiam melhorar as restrições estabelecidas pelos testes de pulsar binário para certas equações de estado e, assim, colocar a relatividade geral e as teorias alternativas em um teste qualitativamente novo", diz a Professora Alessandra Buonanno, diretora da divisão de Relatividade Astrofísica e Cosmológica da AEI em Potsdam e co-autora do estudo.

Os futuros detectores de ondas gravitacionais, como o telescópio Einstein, melhorarão ainda mais esses testes e, eventualmente, fecharão a lacuna nas restrições atuais. Testes complementares de gravidade de campo forte tornar-se-ão realidade no futuro próximo.

Fonte: PHYS.ORG