Novos dados reforçam: Precisamos de uma nova teoria da gravidade

Procura-se por novas teorias

Com a crise na cosmologia, envolvendo gargalos nas teorias que vão desde os fracassos para encontrar a matéria escura, melhores explicações para a energia escura ou as recentes observações do telescópio James Webb, que entrem em conflito com a teoria do Big Bang, praticamente todos os dias aparecem artigos nos repositórios de física tentando encontrar novos modos de explicar o Universo. 

E se a gravidade existir sem massa? Também estamos tentando descobrir se a gravidade é quântica ou não. [Imagem: Gerado por IA/DALL-E]

Mas não é todo dia que aparece um artigo com dados observacionais que apontam para teorias com melhor poder explicativo, como anunciaram agora Tobias Mistele e colegas da Universidade Case Western, nos EUA.

Mistele desenvolveu uma técnica revolucionária que usa lentes gravitacionais para mostrar que as curvas de rotação das galáxias permanecem planas durante milhões de anos-luz, sem fim à vista - até agora se acreditava que as curvas de rotação das galáxias deveriam diminuir à medida que se olha mais longe para o espaço.

De acordo com a gravidade newtoniana, as estrelas nas bordas externas das galáxias deveriam ser mais lentas devido à diminuição da atração gravitacional. Não foi isso o que os telescópios mostraram, levando à inferência da matéria escura. Mas, mesmo os halos de matéria escura deverão chegar ao fim, de modo que as curvas de rotação não deveriam permanecer planas indefinidamente.

A análise de Mistele contesta esta expectativa, fornecendo uma revelação surpreendente: A influência do que chamamos de matéria escura estende-se muito além das estimativas anteriores, estendendo-se por pelo menos um milhão de anos-luz do centro galáctico. Um efeito assim de longo alcance pode indicar que a matéria escura - tal como a entendemos - pode nem existir.

"Esta descoberta contesta os modelos existentes," disse o pesquisador, sugerindo que, "ou existem halos de matéria escura vastamente estendidos, ou precisamos reavaliar fundamentalmente a nossa compreensão da teoria gravitacional."

"As implicações desta descoberta são profundas," acrescentou o professor Stacy McGaugh. "Isso não só poderia redefinir a nossa compreensão da matéria escura, mas também nos convida a explorar teorias alternativas da gravidade, desafiando a própria estrutura da astrofísica moderna."

A relação Tully-Fisher mostra a relação entre a massa de uma galáxia e sua velocidade de rotação. O problema é que os dados não batem com as teorias. [Imagem: Tobias Mistele]

Matéria escura não existe?

A técnica básica que Mistele usou em sua pesquisa, as lentes gravitacionais, é um fenômeno previsto pela teoria da Relatividade Geral de Einstein: Essencialmente, ele ocorre quando a gravidade de um objeto massivo, como um aglomerado de galáxias ou mesmo uma única estrela massiva, desvia o caminho da luz vinda de uma fonte distante. Essa curvatura da luz acontece porque a massa do objeto distorce a estrutura do espaço-tempo ao seu redor.

O que os novos dados mostraram foi que essa curvatura da luz pelas galáxias persiste em escalas muito maiores do que o esperado.

Mistele então traçou o que é chamado de "relação Tully-Fisher" em um gráfico para destacar a relação empírica entre a massa visível de uma galáxia e sua velocidade de rotação. Proposta em 1977 pelos astrônomos Brent Tully e Richard Fisher, esta é uma relação empírica que correlaciona a luminosidade absoluta das galáxias espirais com sua velocidade de rotação, revelando que galáxias mais brilhantes geralmente giram mais rápido e vice-versa.

"Sabíamos que essa relação existia," disse Mistele. "Mas não era óbvio que o relacionamento iria se manter quanto mais longe você fosse. Até que ponto esse comportamento persiste? Essa é a questão, porque ele não pode persistir para sempre."

Mistele disse que sua descoberta ressalta a necessidade de maior exploração e colaboração dentro da comunidade científica, além da necessidade da análise de outros dados. Já o professor McGaugh aproveita para alfinetar a teoria cosmológica padrão: "Ou os halos de matéria escura são muito maiores do que esperávamos ou todo o paradigma está errado.

A teoria que previu este comportamento antecipadamente é a teoria da gravidade modificada MOND, hipotetizada por Moti Milgrom como uma alternativa à matéria escura em 1983. Portanto, a interpretação óbvia e inevitavelmente controversa deste resultado é que a matéria escura é uma quimera; talvez a evidência para ela está apontando para alguma nova teoria da gravidade além daquela que Einstein nos ensinou."

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