Testes realizados por 16 anos comprovam Teoria da Relatividade Geral

Coletados por sete radiotelescópios entre 2003 e 2019, observações e dados sobre pulsares são 99,99% consistentes com a teoria proposta por Albert Einstein em 1916

Com sistema de pulsar duplo, cientistas confirmaram a validez da Teoria da Relatividade Geral (Foto: Michael Kramer/MPIfR)

Mais de um século após Albert Einstein ter levantado a hipótese científica que revolucionaria nossa compreensão da física e do cosmos, a Teoria da Relatividade Geral permanece válida. E acaba de passar por um dos testes mais rigorosos e completos de todos os tempos — com dados que englobam 16 anos. Os resultados foram publicados na revista Physical Review X nesta segunda-feira (13). 

Nos últimos 105 anos, cientistas tentaram identificar circunstâncias em que a teoria de Einstein falhou — e ainda não encontraram nada. Proposto em 1916, o conceito revelou que a gravidade é o resultado da curvatura espaço-tempo, criada pela presença de massa e energia. 

Embora seja a teoria mais consistente com dados experimentais, ainda havia dúvidas se a relatividade geral podia ser conciliada com as leis da física quântica, considerando as escalas menores do universo. Foi por isso que uma equipe internacional de pesquisadores conduziu um novo experimento com radiotelescópios de todo o mundo, incluindo o Murryiang, um instrumento de 64 metros situado na Austrália. 

"A teoria da relatividade geral descreve como a gravidade funciona em grandes escalas no Universo, mas se decompõe na escala atômica onde a mecânica quântica reina suprema", explica Dick Manchester, membro da Agência Científica Nacional da Austrália (CSIRO, na sigla em inglês). "Precisávamos encontrar maneiras de testar a teoria de Einstein em uma escala intermediária para ver se ela ainda era verdadeira”, diz o líder da investigação, em comunicado. 

Para tanto, os cientistas analisaram as observações de um sistema de pulsar duplo feitas por sete radiotelescópios entre 2003 e 2019. Um sistema de pulsar duplo funciona como um ponteiro de relógio: os dois pulsares em órbita — estrelas de nêutrons densas — criam campos gravitacionais muito fortes e emitem ondas de rádio em um intervalo de tempo regular. 

Uma dessas estrelas de nêutrons gira 44 vezes por segundo, enquanto a outra tem um período de rotação de 2,8 segundos. As estrelas completam uma órbita a cada 2,5 horas, um tempo de rotação considerado rápido. Mas o que isso tem a ver com a relatividade geral? Se houver algum desvio na teoria, ele pode ser detectado em campos gravitacionais fortes de objetos compactos — como é o caso das estrelas de nêutrons. 

A previsão é a de que os dois pulsares colidam dentro de 85 milhões de anos pois, de acordo com a teoria de Einstein, as acelerações extremas do sistema tensionam a estrutura do espaço-tempo e enviam ondas que irão desacelerá-la. Com uma escala de tempo tão longa, contudo, essa perda de energia é difícil de detectar.

Mas o “tique-taque” das ondas de rádio vindo dos pulsares giratórios são ferramentas ideais para rastrear essas pequenas mudanças e testar as teorias gravitacionais. "Modelamos os tempos precisos de chegada de mais de 20 bilhões desses tique-taques pulsados pelas estrelas ao longo de 16 anos", diz Adam Deller, professor associado da Universidade de Tecnologia de Swinburne e do Centro de Excelência para Ondas Gravitacionais (OzGrav, na sigla em inglês), ambos na Austrália. 

Por incrível que pareça, isso ainda não era suficiente para testar a Relatividade Geral. A equipe também precisou adicionar à investigação dados do Very Long Baseline Arrays (VLBA) — uma rede de radiotelescópios formado por dez antenas localizadas nos Estados Unidos. Tudo isso ajudou o estudo a atingir níveis de precisão sem precedentes para um teste de relatividade geral, segundo os cientistas. 

99,99% válida 

Ao final da análise, o grupo foi capaz de detectar uma pequena oscilação nas posições da estrela a cada ano, que poderia ser usada para determinar sua distância da Terra. Resultado? Os dados evidenciaram que a teoria de Einstein era válida: foram 99,99% de acordo com as previsões da Relatividade Geral. 

De acordo com os pesquisadores, os achados nos ajudam a ter uma compreensão mais precisa do Universo. Além disso, servem como um modelo para empreitadas futuras sobre como conduzir estudos semelhantes usando novas gerações de telescópios — e, quem sabe, chegar a uma teoria que pode ir ainda mais longe que a de Einstein. "Estaremos de volta no futuro usando novos radiotelescópios e novas análises de dados na esperança de detectar uma fraqueza na relatividade geral que nos levará a uma teoria gravitacional ainda melhor", aposta Deller.

Fonte: GALILEU