Teoria da Relatividade Geral é mais uma vez corroborada

Um estudo recentemente publicado no periódico da Science (1), analisando a região próxima do supermassivo buraco negro localizado no centro da Via Láctea, mais uma vez corroborou a Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein, e reforçou que a teoria gravitacional Newtoniana passa muito longe de ser minimamente adequada para explicar a gravidade em ambientes tão extremos. Porém, os pesquisadores apontaram que a Relatividade Geral não consegue explicar inteiramente o comportamento da gravidade dentro de um buraco negro e que, em algum ponto, uma nova teoria gravitacional mais compreensiva precisará entrar em campo, como a promissora Teoria Camaleão (2).

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(2) Leitura recomendada: Supercomputador dá suporte à Teoria Camaleão

Basicamente, a Teoria da Relatividade Geral, desenvolvida pelo Físico Alemão Albert Einstein e publicada em 1915, explica a gravidade como uma curvatura do espaço-tempo (3), sendo uma descrição teórica muito mais abrangente e acurada do que a teoria gravitacional formulada por Isaac Newton no século XVII. Desde sua exposição, a Relatividade Geral vem sendo testada exaustivamente a nível astronômico (Sistema Solar, pulsares binárias, ondas gravitacionais), e não deixando explícito falhas até o momento.

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(3) Leitura complementar: O que é a Teoria da Relatividade Geral e Especial?

Nesse sentido, um grupo internacional de pesquisadores na área de Física e de Astronomia liderados por cientistas da Universidade da Califórnia de Los Angeles (UCLA), resolveram colocar a teoria de Einstein mais uma vez à prova, via análise de uma estrela conhecida como SO-2, a qual faz uma órbita completa tridimensional ao redor do supermassivo buraco negro localizado no centro da nossa galáxia (Via Láctea), conhecido como Sagitário A* (Sgr A*). A órbita completa leva cerca de 16 anos, e a massa do Sgr A* é em torno de 4 milhões de vezes a massa do Sol. Segundo os pesquisadores, o estudo realizado é o mais detalhado até o momento sobre esse supermassivo buraco negro e a Relatividade Geral.

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A Relatividade Geral prevê que uma estrela passando próximo de um buraco negro supermassivo deveria exibir um desvio para o vermelho (redshift) relativístico (4). Próximo de um buraco negro, os fótons (constituintes das radiações eletromagnéticas, como a luz) precisam fazer um trabalho extra. Nesse processo, o comprimento de onda associado a esses fótons depende não só da velocidade da estrela de origem, mas também de quanta energia os fótons gastam para escapar do poderoso campo gravitacional dos buracos negros.

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(4) Leitura recomendada: O que é o Desvio para o Vermelho na Astronomia?

Os pesquisadores testaram esse fenômeno na SO-2, combinando medidas espectroscópicas e astrométricas do sistema realizadas de 1995 até 2017 com novas medidas realizadas em 2018 de março até setembro que cobriram três eventos durante a mais próxima órbita da estrela ao redor do supermassivo buraco negro, os quais causaram o redshift relativístico. Em maio, houve a menor distância de órbita, onde a SO-2 passou a 120 unidades astronômicas (AU) do Sgr A* com uma velocidade de 2,7% da velocidade da luz. Velocidades máximas e mínimas - com uma diferença de 6000 km/s - ocorreram, respectivamente, em março e em setembro.

Usando um parâmetro de redshift ϒ, os pesquisadores detectaram a combinação dos redishifts relativísticos especial e gravitacional. O resultado final das análises rendeu um ϒ = 0,88 ± 0,17, o qual é consistente com a Relatividade Geral (ϒ = 1) e exclui um modelo Newtoniano (ϒ = 0) com uma significância estatística de 5σ. Nesse caso, o modelo da Relatividade Geral mostrou-se 43 mil vezes mais provável do que o modelo Newtoniano em explicar as observações. É curioso mencionar que como a estrela SO-2 está distante cerca de 26 mil anos-luz, essas observações são de 26 mil anos atrás.

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O redshift gravitacional é uma consequência direta da universalidade da queda livre e da relatividade especial, e, como o princípio da equivalência, um princípio fundamental da Relatividade Geral, a qual fornece uma interpretação geométrica para as interações gravitacionais. Violações do princípio da equivalência são preditos por algumas teorias modificadas da gravidade que visam desenvolver uma teoria quântica da gravitação, teorias de unificação, e alguns modelos de energia escura.

O novo estudo forneceu medidas precisas do redshift gravitacional em ambientes gravitacionais mais extremos (até o momento existiam medidas de alta precisão realizadas apenas no Sistema Solar), envolvendo massas colossais, como a do Sgr A*. Nesses ambientes, eram esperadas falhas na Relatividade Geral por algumas teorias gravitacionais alternativas, algo que não foi confirmado.

Na versão de gravidade do Newton, espaço e tempo são separados. Na versão Relativística, o espaço e o tempo são fusionados (espaço-tempo) e de forma completa perto de um buraco negro. O novo estudo reafirmou que para corpos em escala astronômica (planetas, estrelas, buracos negros) a gravidade Newtoniana passa longe de ser adequada, e que a teoria de Einstein é a mais satisfatória. Porém, em entrevista para o jornal da UCLA (5), os pesquisadores também deixaram claro que a Relatividade geral vem mostrando alguma vulnerabilidade, já que não consegue explicar a gravidade dentro de um buraco negro de forma excepcionalmente satisfatória. Porém, para os sistemas astronômicos em geral, essa teoria continua firme e forte.

Lembrando também que a teoria gravitacional Newtoniana não é inútil, apenas mostra grandes limitações para sistemas fora da Terra. O mesmo ocorre com a Mecânica Clássica (Newtoniana), a qual funciona bem para sistemas macroscópicos mas perde espaço para a Mecânica Quântica (Teoria Quântica) em sistemas a nível molecular e atômico.


(1) Publicação do estudo: Science

(5) Referência adicional: Eurekalert