Nota de Imprensa

Einstein tinha razão - Até agora

Pulsar recorde leva testes da teoria da relatividade geral mais além

25 de Abril de 2013

Os astrónomos usaram o Very Large Telescope do ESO e rádio telescópios de todo o mundo, para encontrar e estudar um invulgar par estelar constituído pela estrela de neutrões de maior massa conhecida até hoje e por uma estrela anã branca. Este estranho sistema binário permite testar a teoria da gravidade de Einstein - a relatividade geral - de maneiras que não tinham sido possíveis até hoje. Até agora, as novas observações estão exactamente de acordo com as predições da relatividade geral e são inconsistentes com algumas teorias alternativas. Os resultados deste estudo serão publicados na revista Science.

Uma equipa internacional descobriu um sistema binário exótico, constituído por uma estrela de neutrões, pequeníssima mas invulgarmente pesada, que roda sobre si mesma 25 vezes por segundo, e por uma estrela anã branca que a orbita a cada duas horas e meia. A estrela de neutrões é um pulsar que emite ondas rádio, ondas estas que podem ser observadas a partir da Terra com rádio telescópios. Para além de ser muito interessante por si só, este par invulgar é também um laboratório único para testar os limites das teorias físicas.

O pulsar chamado PSR J0348+0432 é o que resta da explosão de uma supernova. Tem duas vezes a massa do Sol mas um diâmetro de apenas 20 quilómetros. A gravidade à sua superfície é mais de 300 mil milhões de vezes mais potente que a sentida na Terra e no seu centro cada bocadinho do tamanho de um cubo de açúcar tem mais de um milhar de milhões de toneladas de matéria no seu interior. A anã branca sua companheira é apenas um pouco menos exótica: trata-se de um resto brilhante de uma estrela muito mais leve, que perdeu a sua atmosfera e que se encontra a arrefecer lentamente.

“Estava a observar o sistema com o Very Large Telescope do ESO, à procura de variações na radiação emitida pela anã branca, causadas pelo seu movimento em torno do pulsar,” diz John Antoniadis, um estudante de doutoramento no Instituto Max Planck de Rádio Astronomia (MPIfR) em Bona, e autor principal do artigo científico que descreve estes resultados. “Uma análise rápida fez-me perceber que o pulsar é um verdadeiro peso pesado. Tem duas vezes a massa do Sol, o que o torna na estrela de neutrões de maior massa conhecida até hoje e é também um excelente laboratório para a física fundamental.”

A teoria da relatividade geral de Einstein, que explica a gravidade como uma consequência da curvatura do espaço-tempo criada pela presença de matéria e energia, tem resistido a todos os testes desde o primeiro momento da sua publicação, há quase um século atrás. Mas não pode ser a explicação derradeira e deverá a determinado momento perder a sua validade [1].

Os físicos construíram outras teorias de gravidade que levam a previsões diferentes das da relatividade geral. Para algumas destas alternativas, as diferenças são apenas notórias para campos gravitacionais extremamente fortes, os quais não podem ser encontrados no Sistema Solar. Em termos de gravidade, o PSR J0348+0432 é de facto um objeto extremo, mesmo quando comparado com outros pulsares que foram usados em testes de alta precisão da relatividade geral de Einstein [2]. Em campos gravitacionais tão fortes, pequenos aumentos na massa podem levar a grandes variações no espaço-tempo em torno destes objetos. Até agora, os astrónomos não tinham ideia do que podia acontecer na presença de uma estrela de neutrões de massa tão elevada como a PSR  J0348+0432. Este objeto oferece a oportunidade única de levar estes testes a território desconhecido.

A equipa combinou as observações da anã branca, obtidas pelo Very Large Telescope, com o sinal muito preciso do pulsar obtido pelos rádio telescópios [3]. Um binário tão próximo emite ondas gravitacionais e perde energia, o que faz com que o período orbital varie de uma pequena quantidade, sendo que as previsões para esta variação feitas pela relatividade geral e pelas outras teorias, são diferentes.

“As nossas observações rádio foram tão precisas, que já conseguimos medir a variação do período orbital, um valor da ordem das 8 milionésimas de segundo por ano, exactamente o que a teoria de Einstein prevê,” diz Paulo Freire, outro elemento da equipa.

Este é apenas o começo dos estudos detalhados sobre este objeto tão invulgar e os astrónomos irão utilizá-lo para testar a relatividade geral com cada vez mais precisão, à medida que o tempo passa.

Notas

[1] A relatividade geral não é consistente com outra grande teoria física do século XX, a mecânica quântica. Prevê também singularidades para certas circunstâncias, quando algumas quantidades tendem para o infinito, tal como no centro de um buraco negro.

[2] O primeiro pulsar binário, PSR B1913+16, foi descoberto por Joseph Hooton Taylor Jr. e Russell Hulse, que ganharam por isso o Prémio Nobel da Física em 1993. Os cientistas mediram de forma exacta as variações nas propriedades deste objeto, mostrando que eram precisamente consistentes com as perdas de energia de radiação gravitacional previstas pela relatividade geral.

[3] Este trabalho utilizou dados dos rádio telescópios de Effelsberg, Arecibo e Green Bank, para além dos telescópios ópticos Very Large Telescope do ESO e Telescópio William Herschel.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito  num artigo científico “A Massive Pulsar in a Compact Relativistic Orbit”, de John Antoniadis et al., que será publicado na revista Science.

A equipa é composta por John Antoniadis (Max-Planck-Institut für Radioastronomie [MPIfR], Bona, Alemanha), Paulo C. C. Freire (MPIfR), Norbert Wex (MPIfR), Thomas M. Tauris (Argelander Institut für Astronomie, Bona, Alemanha; MPIfR), Ryan S. Lynch (McGill University, Montreal, Canadá), Marten H. van Kerkwijk (University of Toronto, Canadá), Michael Kramer (MPIfR; Jodrell Bank Centre for Astrophysics, The University of Manchester, Reino Unido, Cees Bassa (Jodrell Bank), Vik S. Dhillon (University of Sheffield, Reino Unido), Thomas Driebe (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Bona, Alemanha), Jason W. T. Hessels (ASTRON, Instituto Holandês de Rádio Astronomia, Dwingeloo, Holanda; Universidade de Amesterdão, Holanda), Victoria M. Kaspi (McGill University), Vladislav I. Kondratiev (ASTRON; Instituto Físico Lebedev, Moscovo, Rússia), Norbert Langer (Argelander Institut für Astronomie), Thomas R. Marsh (University of Warwick, Reino Unido), Maura A. McLaughlin (West Virginia University), Timothy T. Pennucci (Department of Astronomy, University of Virginia) Scott M. Ransom (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, EUA), Ingrid H. Stairs (University of British Columbia, Vancouver, Canadá), Joeri van Leeuwen (ASTRON; Universidade de Amesterdão), Joris P. W. Verbiest (MPIfR), David G. Whelan (Department of Astronomy, University of Virginia).

O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO é  financiado por 15 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e funcionamento de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta, no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo e dois telescópios de rastreio. O VISTA, o maior telescópio de rastreio do mundo que trabalha no infravermelho e o VLT Survey Telescope, o maior telescópio concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é o parceiro europeu do revolucionário telescópio  ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. O ESO encontra-se a planear o European Extremely Large Telescope, E-ELT, um telescópio de 39 metros que observará na banda do visível e próximo infravermelho. O E-ELT será “o maior olho no céu do mundo”.

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1319, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.