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1008.   Teoria da Relatividade de Einstein Passa em Teste em Sistema Estelar Triplo


  A Teoria Geral da Relatividade de Einstein passou no seu teste mais difícil até o momento depois que cientistas mostraram que a gravidade se comporta como esperado – mesmo em escalas imensas.

  Alguns físicos argumentaram que a idéia do acadêmico alemão de que todos os objetos em queda aceleram de modo idêntico não se aplicaria em regiões com forças gravitacionais extremas.

  Entretanto, cientistas estudando um trio de estrelas 4.200 anos luz distantes da Terra – uma das quais exerce uma atração gravitacional dois bilhões de vezes maior do que aquela na Terra – descobriram que as forças fenomenais do sistema não têm efeito na aceleração gravitacional produzida por cada estrela (Nota 2 do Site).

  Isto significa que a teoria de Einstein mais uma vez se mostrou verdadeira, enquanto um número de modelos alternativos do universo, incluindo algumas versões da teoria das cordas, foram agora abandonadas.

A Teoria Geral da Relatividade de Einstein passou no seu teste mais difícil até o momento depois que cientistas mostraram que a gravidade se comporta como esperado mesmo nas maiores escalas. Especialistas estudaram um sistema estelar triplo com uma estrela de nêutrons (esquerda) e uma anã branca (centro), ambas orbitadas por uma segunda anã branca (direita)

  A famosa teoria de Einstein, publicada em 1915, estabelece que todos os objetos caem do mesmo modo independentemente da sua massa e forma.

  Esta é a razão porque uma bala de canhão e uma maçã deixadas cair do alto de um arranha-céu sempre atingirão o solo ao mesmo tempo (Nota 1 do Site).

  Mas enquanto este modelo se prova correto em muitas situações – incluindo aqui na Terra – cientistas não sabiam se continuaria correta em todo o cosmo.

  Alguns físicos previram que teorias alternativas da gravidade se aplicariam sob forças gravitacionais extremas.

  Para testar a teoria, uma equipe internacional de cientistas fez leituras de um distante sistema estelar triplo conhecido como PSR J0337+1715, que é formado por duas anãs brancas e uma estrela de nêutrons.

  “Esse é um sistema estelar único”, disse Ryan Lynch do Observatório Green Bank em West Virginia, e co-autor do artigo.

  “Não conhecemos outros muito parecidos com esse.”

  “Isso o torna um laboratório único do seu tipo para colocar em teste as teorias de Einstein.”

  Anãs brancas são incrivelmente densas: Embora sejam similares à Terra em tamanho, sua massa é comparável àquela do Sol, tornando sua atração gravitacional incrivelmente forte.

  Estrelas de nêutrons são mesmo ainda menores e mais densas que as anãs brancas, de tal modo que uma esfera com o tamanho aproximado de Amsterdan teria massa equivalente a uma vez e meia a do Sol.

  Elas são formadas de núcleos colapsados de estrelas que explodiram como supernovas e são as estrelas mais densas no universo, com alguma especulação, sua força gravitacional é dois bilhões de vezes mais forte do que aquela vista na Terra.

  Muitas estrelas de nêutrons girantes são chamadas pulsars, que enviam sinais regulares de ondas eletromagnéticas como um farol através do espaço e que podem ser capturados por radiotelescópios na Terra.

Anãs brancas são incrivelmente densas: Embora sejam similares à Terra em tamanho, sua massa é comparável àquela do Sol, tornando sua atração gravitacional incrivelmente forte. Estrelas de nêutrons são mesmo ainda menores e mais densas que as anãs brancas

No novo estudo, uma equipe internacional de cientistas fez leituras de um distante sistema estelar triplo conhecido como PSR J0337+1715 situado a 4.200 anos luz da Terra, que é formado por duas anãs brancas (em branco) e uma estrela de nêutrons (em azul)

  A equipe de astrônomos rastreou a estrela de nêutrons do sistema PSR J0337+1715 por seis anos usando o radiotelescópio Westerbork de Síntese de Rádio na Holanda, o telescópio de Green Bank em West Virginia e o Observatório de Arecibo em Porto Rico.

  No sistema estelar triplo, a estrela de nêutrons está em uma órbita de 1,6 dias com uma das anãs brancas, e a segunda anã branca orbita o par uma vez a cada 327 dias.

  Rastreando o par interno de estrelas ao longo de várias órbitas da anã branca externa, os cientistas puderam medir se o pulsar e a anã branca interna eram afetados diferentemente pela gravidade da anã branca externa.

  Ao longo do tempo, os pesquisadores não encontraram diferença detectável, significando que cada objeto acelerou com a mesma taxa – mesmo sob forças gravitacionais extremas.

  Isto significa que as duas estrelas interiores “caem” em direção à anã branca externa com a mesma taxa, provando ser verdadeira a teoria de Einstein.

  “Essa pesquisa mostra como rotina e observações rotineiras e cuidadosas de estrelas distantes podem nos fornecer um teste de alta precisão de uma das teorias fundamentais da física”, disse a co-autora do estudo Professora Ingrid Stairs, uma física da Universidade da Columbia Britânica em Vancouver, Canadá.

  Os pesquisadores disseram que as tentativas para invalidar a teoria de Einstein são frequentemente impulsionadas por um desejo de preencher os vazios deixados pelos físicos nos modelos do século 20.

  Mas enquanto sua Teoria da Relatividade pode não explicar a matéria escura e a Física Quântica, ela se mantém sempre e sempre apesar dos escrutínios.

  “Cada vez que testamos a teoria de Einstein até agora, os resultados têm sido consistentes”, disse a Professora Stairs.

  “Mas continuamos procurando por mudanças na relatividade porque isso pode nos ajudar a entender como descrever a gravidade e a Mecânica Quântica com a mesma linguagem matemática.”

Fonte : Daily Mail, 04/07/2018

Autor : Harry Pettit

Nota 1 do Site: Na verdade esse experimento só dará resultado positivo se o efeito da resistência do ar sobre os dois objetos for desprezível para a precisão com que os tempos de queda são medidos. Não daria certo com uma maçã e uma pena.

Nota 2 do Site: O resumo do artigo publicado na Nature elucida melhor o que foi conseguido, inclusive sobre a pequeníssima diferença encontrada entre as duas acelerações.

Universality of free fall from the orbital motion of a pulsar in a stellar triple system

  Einstein’s theory of gravity—the general theory of relativity—is based on the universality of free fall, which specifies that all objects accelerate identically in an external gravitational field. In contrast to almost all alternative theories of gravity, the strong equivalence principle of general relativity requires universality of free fall to apply even to bodies with strong self-gravity. Direct tests of this principle using Solar System bodies are limited by the weak self-gravity of the bodies, and tests using pulsar–white-dwarf binaries have been limited by the weak gravitational pull of the Milky Way. PSR J0337+1715 is a hierarchical system of three stars (a stellar triple system) in which a binary consisting of a millisecond radio pulsar and a white dwarf in a 1.6-day orbit is itself in a 327-day orbit with another white dwarf. This system permits a test that compares how the gravitational pull of the outer white dwarf affects the pulsar, which has strong self-gravity, and the inner white dwarf. Here we report that the accelerations of the pulsar and its nearby white-dwarf companion differ fractionally by no more than 2.6 × 10-6. For a rough comparison, our limit on the strong-field Nordtvedt parameter, which measures violation of the universality of free fall, is a factor of ten smaller than that obtained from (weak-field) Solar System tests and a factor of almost a thousand smaller than that obtained from other strong-field tests.

Autor: Anne M. Archibald,…, Ingrid H. Stairs 

Referência: Nature Volume 559, pages73–76 (2018)

Veja também:

Equivalence principle (Wikipedia)

General relativity verified by a triple-star system (Nature, 04/07/2018)

Gravity lab discovered: A pulsar in a unique triple star system (PhysOrg, 06/01/2014)

Unique Triple Star System Tests Einstein’s Theory of Relativity (Seeker, 04/07/2018)

Unusual triple star system may test some of Einstein's theories (IFL Science!)

Pulsar Em sistema Triplo Comprova o Princípio da Equivalência Forte (Vídeo)

Einstein’s theory still passes the test: weak and strong gravity objects fall the same way (Vídeo)

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