Dois novos estudos independentes puseram a Teoria da Relatividade Geral de Einstein à prova como nunca fora feito antes.
Os experimentos, feitos com a ajuda do Telescópio Espacial Chandra, da NASA, que observa o Universo na frequência dos raios X, mostraram, talvez sem muita surpresa, que a teoria de Einstein ainda é a melhor ferramenta disponível para entender o Universo.
Teorias alternativas da gravidade
As duas equipes de cientistas usaram extensas observações de aglomerados de galáxias, os maiores objetos do Universo unidos pela gravidade.
Um dos resultados questiona um modelo da gravidade concorrente com a Relatividade Geral, enfraquecendo os argumentos da hipótese conhecida como “gravidade f(R)”.
O outro estudo mostra que a teoria de Einstein funciona para uma vasta gama de tempos e distâncias em todo o cosmos.
“Se a Relatividade Geral é o campeão dos pesos-pesados, esta outra teoria estava tentando ser o desafiante,” disse Fabian Schmidt, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, que liderou o estudo. “Nosso trabalho mostra que suas chances de vir a superar o atual campeão são muito pequenas.”
Aceleração da expansão do universo
Nos últimos anos, os físicos têm voltado sua atenção para as teorias concorrentes à Relatividade Geral em busca de uma possível explicação para a aceleração da expansão do universo.
Atualmente, a explicação mais popular para a expansão acelerada do Universo é a chamada constante cosmológica, que pode ser entendida como a energia que existe no espaço vazio.
Esta energia é denominada energia escura para enfatizar que ela não pode ser detectada diretamente.
Gravidade f(R)
No teoria f(R), a aceleração cósmica não vem de uma forma exótica de energia, mas de uma modificação da força gravitacional. A força modificada também afeta a taxa na qual pequenos aglomerados de matéria podem crescer ao longo das eras para se tornarem grandes aglomerados de galáxias, abrindo a possibilidade de um teste da teoria.
Schmidt e seus colegas usaram as estimativas de massa de 49 aglomerados de galáxias no Universo local, a partir de observações do Chandra, e compararam-nas com as previsões do modelo teórico, com estudos de supernovas, da radiação cósmica de fundo e da distribuição em grande escala das galáxias.
Eles não encontraram nenhuma evidência de que a gravidade seja diferente do previsto pela Relatividade Geral em escalas maiores do que 130 milhões de anos-luz. Este limite corresponde a uma melhoria de cem vezes sobre os limites do alcance da força gravitacional modificada que podem ser estabelecidos sem o uso dos dados dos aglomerados galácticos.
“Esta é a mais forte restrição já feita sobre uma teoria alternativa para a Relatividade Geral nessas grandes escalas de distância”, disse Schmidt. “Nossos resultados mostram que podemos sondar rigorosamente a gravidade em escalas cosmológicas por meio das observações de aglomerados de galáxias.”
A razão para esse ganho dramático em precisão é a forte atuação da gravidade sobre os aglomerados galácticos, em contraste com a expansão universal de fundo. A técnica também promete ser um bom teste de outros cenários modificados da gravidade, como os modelos fundamentados em teorias de várias dimensões e na teoria das cordas.
Relatividade Geral em escala cósmica
O segundo estudo, sem ligação com o primeiro, também reforça o poder explicativo da Relatividade Geral ao testá-la diretamente através de distâncias e tempos cosmológicos.
Até agora, a Relatividade Geral tinha sido testada somente através de experimentos de laboratório para as escalas do Sistema Solar, deixando a porta aberta para a possibilidade de que a Relatividade Geral não funcionasse em escalas muito maiores.
O grupo da Universidade de Stanford comparou as observações do Chandra de quão rapidamente os aglomerados de galáxias têm crescido ao longo do tempo, com as previsões da Relatividade Geral.
O resultado é uma concordância quase perfeita entre a observação e a teoria.
“A teoria de Einstein teve sucesso de novo, desta vez no cálculo de quantos aglomerados maciços se formaram pela atração gravitacional ao longo dos últimos cinco bilhões de anos,” disse David Rapetti, que liderou o estudo. “Os nossos resultados representam o teste de consistência da Relatividade Geral mais robusto já realizado em escalas cosmológicas.”
Aglomerados de galáxias
Os aglomerados de galáxias são objetos importantes na busca por uma maior compreensão do Universo. Como as observações da massa dos aglomerados de galáxias são diretamente sensíveis às propriedades da gravidade, elas fornecem informações cruciais.
Outras técnicas, como as observações de supernovas ou a distribuição das galáxias ao longo de distâncias cósmicas, dependem apenas da taxa de expansão do universo.
Já a técnica utilizada por Rapetti e seus colegas mede também a taxa de crescimento da estrutura cósmica, que é dirigida pela gravidade.
“A aceleração cósmica representa um grande desafio para a nossa compreensão da física,” disse Adam Mantz, do Centro Espacial Goddard, da NASA, coautor do estudo. “As medições da aceleração têm destacado o quão pouco sabemos sobre a gravidade em escalas cósmicas, mas agora estamos começando a empurrar a nossa ignorância para mais longe.”
Autor: Inovação Tecnológica
