Teoria da Relatividade Geral Passa Por Mais Uma Prova

Concepção artística do sistema de estrela tripla PSR J0337 + 1715, que está localizado a cerca de 4.200 anos-luz da Terra. Este sistema fornece um laboratório natural para testar as teorias fundamentais da gravidade.

O entendimento da gravidade de Einstein, conforme descrito em sua teoria geral da relatividade, prevê que todos os objetos caem na mesma velocidade, independentemente de sua massa ou composição. Esta teoria passou teste após teste aqui na Terra, mas ainda vale para alguns dos objetos mais massivos e densos do universo conhecido, um aspecto da natureza conhecido como o princípio da equivalência forte? Uma equipe internacional de astrônomos deu a esta pergunta persistente seu teste mais rigoroso de todos os tempos.
Suas descobertas, publicadas na revista Nature, mostram que as intuições de Einstein sobre a gravidade ainda prevalecem, mesmo em um dos cenários mais extremos que o Universo pode oferecer. Retire todo o ar, e um martelo e uma pena cairão no mesmo ritmo - um conceito explorado por Galileu no final dos anos 1500 e ilustrado na Lua pelo astronauta da Apollo 15, David Scott.
Embora fosse uma base da física newtoniana, foi preciso a teoria da gravidade de Einstein para expressar como e por que isso acontece. Até hoje, as equações de Einstein passaram em todos os testes, desde estudos laboratoriais cuidadosos até observações de planetas em nosso sistema solar. Mas as alternativas à teoria geral da relatividade de Einstein predizem que objetos compactos com gravidade extremamente forte, como estrelas de nêutrons, caem um pouco diferente de objetos de menor massa. Essa diferença que essas teorias alternativas preveem, seria devido a energia de ligação gravitacional do objeto compacto - a energia gravitacional que o mantém unido.
Em 2011, o Green Bank Telescope (GBT) da National Science Foundation (NSF) descobriu um laboratório natural para testar esta teoria em condições extremas: um sistema triplo de estrelas chamado PSR J0337 + 1715, localizado a cerca de 4200 anos-luz da Terra. Este sistema contém uma estrela de nêutrons em uma órbita de 1,6 dia com uma estrela anã branca, e o par em uma órbita de 327 dias com outra anã branca mais distante.
"Este é um sistema estelar único", disse Ryan Lynch, do Green Bank Observatory, em West Virginia, e coautor do artigo. "Não sabemos de nenhum outro como ele. Isso faz dele um laboratório único por colocar as teorias de Einstein à prova".
Desde a sua descoberta, o sistema triplo foi observado regularmente pelo GBT, o Westerbork Synthesis Radio Telescope nos Países Baixos e o NSF's Arecibo Observatory em Porto Rico. O GBT passou mais de 400 horas observando este sistema, pegando dados e calculando como cada objeto se move em relação ao outro.
Como esses telescópios conseguiram estudar este sistema? Esta estrela de nêutrons em particular é na verdade um pulsar. Muitos pulsares giram com uma consistência que rivaliza com alguns dos relógios atômicos mais precisos da Terra.
"Como um dos radiotelescópios mais sensíveis do mundo, o GBT está preparado para captar esses leves pulsos de ondas de rádio para estudar física extrema", disse Lynch. A estrela de nêutrons neste sistema pulsa (gira) 366 vezes por segundo.
"Podemos explicar cada pulso da estrela de nêutrons desde que começamos nossas observações", disse Anne Archibald, da Universidade de Amsterdã, e do Instituto Holandês de Radioastronomia e principal autora do artigo. "Podemos dizer sua localização dentro de uma faixa de algumas centenas de metros. Isto é realmente muito preciso e nos diz onde a estrela de nêutrons esteve e para onde está indo".
Se as alternativas à teoria gravitacional de Einstein estivessem corretas, então a estrela de nêutrons e a anã branca interna cairiam de forma diferente em direção à anã branca externa.
"A anã branca interior não é tão compacta quanto a estrela de nêutrons e, portanto, tem menos energia de ligação gravitacional", disse Scott Ransom, astrônomo do Observatório Nacional de Radioastronomia em Charlottesville, Virginia, e coautor do artigo.
Através de observações meticulosas e cálculos cuidadosos, a equipe foi capaz de testar a gravidade do sistema usando apenas os pulsos da estrela de nêutrons. Eles descobriram que qualquer diferença de aceleração entre a estrela de nêutrons e a anã branca interna é pequena demais para ser detectada.
"Se houver uma diferença, não é mais do que três partes em um milhão", disse a coautora Nina Gusinskaia, da Universidade de Amsterdã. Isso coloca severas restrições a quaisquer teorias alternativas à relatividade geral.
Este resultado é dez vezes mais preciso que o melhor teste de gravidade anterior, tornando as evidências do princípio de equivalência forte de Einstein muito mais robustas.

Fonte: Space Daily via National Radio Astronomy Observatory