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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)



VLT Testa Teoria da Relatividade Geral de Einstein Fora da Via Láctea


Galáxia ESO 325-G004 Crédito: ESO, ESA/Hubble, NASA

  Com o auxílio do instrumento MUSE montado no Very Large Telescope do ESO, no Chile, e do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, os astrônomos fizeram o teste mais preciso, executado até à data, da teoria da relatividade geral de Einstein fora da Via Láctea.

  A galáxia próxima ESO 325-G004 atua como uma forte lente gravitacional, distorcendo a radiação emitida por uma galáxia distante situada por trás dela e dando origem a um anel de Einstein em torno do seu centro.

  Ao comparar a massa da ESO 325-G004 com a curvatura do espaço em sua volta, os astrônomos descobriram que a gravidade a estas escalas astronômicas se comporta como previsto pela relatividade geral, eliminando assim algumas teorias de gravidade alternativas.

Lente gravitacional das galáxias longínquas com formação estelar intensa. Esta figura esquemática mostra como é que a luz emitida por uma galáxia longínqua é distorcida pelo efeito gravitacional de uma galáxia mais próxima, que atua como uma lente, fazendo com que a fonte distante apareça distorcida, mas mais brilhante e formando característicos anéis de luz, os chamados anéis de Einstein.
Uma análise cuidadosa da distorção revelou que algumas destas galáxias com formação estelar intensa apresentam um brilho equivalente a 40 bilhões de sóis, sendo que as lentes gravitacionais amplificaram até 22 vezes este valor.
Crédito: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al

  Com o auxílio do instrumento MUSE montado no VLT do ESO, uma equipa liderada por Thomas Collett, da Universidade de Portsmouth no Reino Unido, calculou a massa da ESO 325-G004 ao medir o movimento das estrelas no seio desta galáxia elíptica próxima.

  Collett explica “Usamos dados obtidos pelo Very Large Telescope do ESO, no Chile, para medir quão rapidamente as estrelas se estavam a mover na ESO 325-G004, o que nos permitiu inferir a quantidade de massa que deve existir na galáxia para manter estas estrelas em órbita.

Dois métodos para medir a massa de uma galáxia Crédito: ESO, ESA/Hubble, NASA

  Por outro lado, a equipe conseguiu também medir outro aspecto da gravidade. Com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, observou-se um anel de Einstein, um fenômeno que resulta da luz de uma galáxia distante estar a ser distorcida pela ESO 325-G004. A observação deste anel permitiu aos astrônomos medir como é que a luz, e consequentemente o espaço-tempo, está a ser distorcida pela enorme massa da ESO 325-G004.

  A teoria da relatividade geral de Einstein prevê que os objetos deformem o espaço-tempo em sua volta, fazendo com que a luz que passa por ele seja desviada e dando origem a um fenômeno conhecido por lente gravitacional. Este efeito apenas se torna evidente para objetos muito massivos. São conhecidas algumas centenas de lentes gravitacionais fortes, mas muitas estão demasiado distantes para se medir com precisão as suas massas. No entanto, a galáxia ESO 325-G004 constitui uma das lentes mais próximas de nós, situada a apenas 450 milhões de anos-luz de distância da Terra.

  Collett continua “Com dados obtidos pelo MUSE determinamos a massa da galáxia situada em primeiro plano e com o Hubble medimos a quantidade de efeito de lente gravitacional observado. Seguidamente comparamos estas duas maneiras de medir a força da gravidade — e o resultado foi exatamente o previsto pela relatividade geral, com uma incerteza de apenas 9%. Trata-se do teste mais preciso feito à relatividade geral fora da Via Láctea realizado até à data. E usamos apenas uma galáxia!

  A relatividade geral foi testada com muita precisão às escalas do Sistema Solar e alguns trabalhos observaram estrelas no centro da Via Láctea, mas até à data não tinha havido testes precisos para escalas astronômicas maiores. Testar o longo alcance das propriedades da gravidade é vital para validar o atual modelo cosmológico.

  Esta descoberta pode ter implicações importantes para os modelos de gravidade alternativos à relatividade geral. Estas teorias alternativas prevêem que os efeitos da gravidade na curvatura do espaço-tempo são “dependentes da escala”, o que significa que a gravidade se deveria comportar de maneira diferente a escalas astronômicas do que o que se comporta às escalas mais pequenas do Sistema Solar. Collett e a sua equipa descobriram que este não é muito provavelmente o caso, a menos que estas diferenças ocorram apenas a escalas maiores que 6000 anos-luz.

  “O Universo é um lugar espantoso, dando-nos acesso a estas lentes gravitacionais que podemos usar como laboratório,” acrescenta o membro da equipe Bob Nichol da Universidade de Portsmouth. “É extremamente satisfatório usar os melhores telescópios do mundo para desafiar Einstein e descobrir que afinal ele tinha razão.

Fonte: Astropot, 14/08/2018

Autor: Carlos de Oliveira

Referências: ESO, Space Telescope

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