Emocionante avanço da teoria para a realidade: bizarro efeito quântico é observado

No núcleo toda estrela anã branca — o denso resto de uma estrela que queimou todo seu combustível — existe um fenômeno quântico enigmático: enquanto ganha massa ela reduz de tamanho chegando a um ponto tão compacto e diminuto que entra em colapso se transformando em uma estrela de nêutrons.

Essa curiosa conexão de tamanho e massa das anãs brancas é conhecida como relação massa-raio e foi teorizada nos anos 1930 pelo ganhador do Prêmio Nobel Subrahmanyan Chandrasekhar. E só agora astrofísicos conseguiram criar um método para identificar o fenômeno usado dados de telescópios.

Os pesquisadores da Universidade Johns Hopkins (EUA) usaram dados de duas grandes varreduras astronômicas que continham três mil anãs brancas que puderam estudar. A investigação foi publicada na revista científica Astrophysical Journal e pode ser lida no Arvix.

A relação massa-raio soa muito estranha para humanos: uma combinação da gravidade com a mecânica quântica que é extremamente contraintuitiva já que um objeto deve aumentar, a não diminuir, quando ganha massa.

A equipe alcançou seus resultados utilizando uma série de medidas combinadas, que incluem principalmente o efeito gravitacional do desvio para o vermelho (redshift, em inglês), que é a modificação do comprimento de onda da luz do azul para o vermelho ao passo que a luz se distancia de um objeto. É um conhecido resultado da teoria da relatividade geral de Einstein.

Os pesquisadores também explicaram como a movimentação das estrelas pelo espaço afetam o seu redshift gravitacional. Imagine uma sirene de bombeiros que fica mais grave ou mais aguda de acordo com seu movimento em relação à pessoa que está ouvindo, as frequências de luz também se alteram com o movimento do objeto que emite a luz em relação ao observador. Esse é o efeito Doppler, basicamente um “ruído” que dificulta a medição do efeito redshift gravitacional.

Entendo o papel do efeito Doppler

Para levar em conta as variações criadas pelo efeito Doppler, os pesquisadores classificaram as estrelas anãs brancas por raio. Em seguida calcularam a média do redshift de estrelas com tamanho parecido, determinando com isso que, não importa onde uma estrela esteja ou qual seja seu movimento em relação à Terra, podemos esperar que seu redshift intrínseco tenha um determinado valor.

Na analogia dos carros de bombeiro é como se eles tivessem tirado a média de todos sons dos veículos que se movem em certa região naquele momento; você pode esperar que qualquer carro de bombeiros, não importando par qual lado ele esteja se movendo, terá uma média de comprimento de som intrínseca.

Essas médias intrínsecas do redshift gravitacional poderão ser utilizadas ​​para o estudo de estrelas registradas em dados coletados futuramente. Conjuntos de dados de maior volume e precisão vão permitir o refinamento das medições, afirmam os cientistas. Esses dados futuros também poderiam contribuir na análise futura da composição química das anãs brancas.

Segundo os pesquisadores o estudo é um avanço emocionante que partiu da teoria para os fenômenos observados na realidade.

“Como a estrela fica menor à medida que se torna mais maciça, o efeito gravitacional do redshift também cresce com a massa”, afirmou Nadia Zakamska, professora de Astronomia da Universidade John Hopkins. “E isso é um pouco mais fácil de entender: é mais fácil sair de um objeto maior e menos denso do que sair de um objeto mais massivo e mais compacto. E foi exatamente isso que vimos nos dados”.

“O jeito que eu exaltei isso para meu avô é que você basicamente vê a mecânica quântica e a teoria da relatividade geral de Einstein se unindo para produzir esse resultado”, disse Vedant Chandra, astrofísico que participou do estudo. “Ele ficou muito animado quando eu expliquei dessa maneira.”

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