NRAO/AUI/NSF S. Dagnello
Impressão artística do sistema triplo PSR J0337+1715, localizado a mais ou menos 4200 anos-luz da Terra
Com o uso da extraordinária sensibilidade do Green Bank Telescope (GBT) da National Science Foundation (NSF), os astrônomos fizeram o teste mais rigoroso, até agora, de uma das previsões de Einstein sobre a gravidade.
Ao rastrear precisamente as trajetórias de três estrelas em um único sistema – duas estrelas anãs brancas e uma estrela de nêutrons ultradensa – os cientistas determinaram que até as estrelas de nêutrons absurdamente compactas “caem” da mesma maneira que as menos densas.
Esse é um aspecto da natureza chamado “Princípio da Equivalência Forte”, de Einstein.
A compreensão da gravidade de Einstein, conforme descrita na sua Teoria Geral da Relatividade, prevê que todos os objetos caem na mesma proporção, independente da sua massa ou composição.
A teoria passou por teste após teste aqui na Terra, mas será que ainda é verdadeira para alguns dos objetos mais massivos e densos do Universo conhecido, um aspecto da natureza conhecido como o Princípio da Equivalência?
Uma equipe internacional de astrônomos deu à persistente questão o seu teste mais rigoroso de todos os tempos. Os achados, publicados a semana passada na Nature, mostram que o conhecimento de Einstein sobre a gravidade ainda prevalece, mesmo em um dos cenários mais extremos que o Universo pode oferecer.
Retire todo o ar e um martelo e uma pena cairão na mesma velocidade – um conceito explorado por Galileu no final do século XVI e famosamente ilustrado na Lua pelo astronauta David Scott da Apollo 15.
Embora tivesse como base a física newtoniana, foi preciso a Teoria da Gravidade de Einstein para expressar como e por que isso acontece. As equações de Einstein passaram em todos os testes, desde cuidadosos estudos laboratoriais até observações de planetas no Sistema Solar.
Mas as alternativas à Teoria Geral da Relatividade de Einstein preveem que objetos compactos com gravidade extremamente forte, como as estrelas de nêutrons, caem de forma um pouco diferente dos objetos de menor massa.
Essa diferença, preveem as teorias alternativas, seria devido à energia de ligação gravitacional do objeto compacto – a energia gravitacional que o mantém unido.
Em 2011, o GBT descobriu um laboratório natural para testar a teoria em condições extremas: um sistema estelar triplo chamado PSR J0337+1715, localizado a cerca de 4.200 anos-luz da Terra.
Esse sistema contém uma estrela de nêutrons em uma órbita de 1,6 dia com uma estrela anã branca, e o par orbita outra anã branca mais distante a cada 327 dias.
“Esse é um sistema estelar único”, afirma Ryan Lynch do GBT, no estado norte-americano da Virgínia Ocidental, coautor do artigo. “Não sabemos de nenhum outro como ele. Isso o torna um laboratório único para pôr à prova as teorias de Einstein.”
Desde a sua descoberta, o sistema triplo tem sido observado regularmente pelo GBT, pelo Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT) nos Países Baixos e pelo Observatório de Arecibo da NSF em Porto Rico. O GBT passou mais de 400 horas observando o sistema, obtendo dados e calculando como cada objeto se move em relação aos outros.
Como esses telescópios conseguiram estudar o sistema? Essa estrela de nêutrons em particular é na verdade um pulsar. Muitos pulsares giram com uma consistência que rivaliza 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 com o objetivo de estudar a física extrema”, acrescenta Lynch. A estrela de nêutrons nesse sistema pulsa 366 vezes por segundo.
“Podemos explicar cada pulso da estrela de nêutrons desde que começamos nossas observações”, explica Anne Archibald, da Universidade de Amsterdã, do Instituto Holandês de Radioastronomia e autora principal do artigo.
“Podemos determinar sua posição até algumas centenas de metros. É uma determinação realmente precisa de onde a estrela de nêutrons esteve e para onde está indo”, explica. Se as alternativas à gravidade de Einstein estivessem corretas, então a estrela de nêutrons e a anã branca interior cairiam de forma diferente em relação à anã branca exterior.
“A anã branca interior não é tão massiva nem tão compacta como a estrela de nêutrons e, portanto, tem menos energia de ligação gravitacional”, diz Scott Ransom, astrônomos do NRAO (National Radio Astronomy) em Charlottesville, no estado norte-americano da Virgínia, coautor do artigo.
Através de meticulosas observações e de 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 interior é pequena demais para ser detectada.
“Se houver uma diferença, não será mais do que três partes por milhão”, afirma a coautora Nina Gusinskaia, da Universidade de Amsterdã. Isso coloca severas restrições a qualquer teoria alternativa à relatividade geral.
Esse resultado é dez vezes mais preciso do que o melhor teste anterior da gravidade, tornando as evidências do Princípio da Equivalência Forte de Einstein muito mais fortes.
“Estamos sempre à procura de melhores medições em novos locais, de modo que a nossa busca para aprender mais sobre novas fronteiras no Universo vai continuar”, conclui Ransom.
