Teoria de Einstein Passa Pelo Teste Cósmico

É outra vitória para Einstein – embora não seja uma retumbante. A relatividade geral tem sido confirmada em grandes escalas. Mas os testes galácticos usados para colocar a teoria em ação não podem acabar com todas as outras teorias rivais da gravidade.

A teoria da relatividade geral tem sido rigorosamente testada dentro do Sistema Solar, onde ela explica o movimento dos planetas com precisão. Mas sua ação entre as galáxias tem sido difícil de ser verificada e não deve ser feita facilmente, disse a cosmologista Alexie Leauthaud no Lawrence Berkeley National Laboratory na Califórnia. “Atualmente existe uma tremenda extrapolação para assumir que a teoria da relatividade geral funcione em escalas cósmicas”, disse ela.

Se a teoria da relatividade geral não funciona em grandes escalas, isso ajudaria os cosmologistas a explicarem uma de seus maiores problemas atuais: a energia escura. Nos anos de 1990, os astrônomos foram surpreendidos ao descobrir que a expansão do Universo está sendo acelerada. Isso vai contra as previsões da relatividade geral, que sugere que o atrito da gravidade deveria retardar a expansão. Para explicar isso, os cosmologistas invocaram uma energia escura, uma força que é responsável por quase três quartos da matéria e da energia no Universo e empurra tudo para longe. Mas a origem da energia escura ainda é um mistério.

A aceleração da expansão poderia ser explicada sem a energia escura, contudo, se a relatividade geral estiver errada e a gravidade se enfraquece em escalas cósmicas, alguns cnadidatos a “gravidade modificada” ganham força. Porém até agora ninguém veio com uma maneira de testar em grandes escalas essas teorias.

A teoria da relatividade passou pelo seu mais rigoroso teste.

Agora, Reina Reyes na Universidade de Princeton em Nova Jersey e seus colegas compararam alguns desses modelos usando dados da posição, velocidade e forma aparente de 70000 galáxias distantes mapeadas com o Sloan Digital Sky Survey. As teorias rivais fazem diferentes previsões sobre o grau  para o qual a luz viaja até nós a partir das distantes galáxias e será desviada pela gravidade das galáxias a distâncias intermediárias. Esse processo é chamado de lente gravitacional e distorce a forma aparente das galáxias. As teorias também fazem previsões diferentes tanto para o quão rápido as galáxias crescem e como elas se agrupam.

Nenhuma única previsão pode ser usada para comparar as teorias diretamente, diz Reyes. Isso ocorre, pois os modelos incluem premissas sobre se a matéria escura – a substância invisível que ocupa grande parte do Universo – existe e se ela existe como ela se mantém junta relativamente a matéria visível. Ao invés disso, ou seja, analisar separadamente os resultados, os pesquisadores combinaram todas as três medidas – lente gravitacional, crescimento e aglomerado – em uma razão chamada de EG de modo que qualquer incerteza introduzida devido à matéria escura será cancelada. A equipe encontrou um valor para EG em torno de 0.39 – um número que se ajusta muito bem às previsões feitas pela relatividade geral em torno de 0.40.

Scott Dodelson no Fermilab Center for Particle Astrophysics em Batavia que fez parte da equipe que propôs o teste do EG em 2007, disse que o trabalho é “empolgante e importante”. “É impressionante  que a equipe tem conseguido testar com rigor a relatividade geral em grandes escalas com os dados que temos hoje”, disse ele.

Os rivais da relatividade geral, contudo retornam resultados confusos. A equipe testou uma versão do modelo de tensor-vetor-escalar, chamado TeVeS, proposto em 2004, que modifica a gravidade usando um conjunto de campos interativos para imitar a matéria escura. Esse modelo já foi forçado para explicar as observações de colisões galácticas que aparentemente mostravam evidências diretas da matéria escura, disse Reyes. “Nosso teste é outro golpe para o TeVeS”, disse Reyes. Contudo, ela disse que versões mais complexas desse modelo poderiam até passar nos testes.

A equipe também falhou ao testar o modelo chamado de “f(R)” que ajusta levemente os parâmetros da relatividade geral em grandes escalas para explicar a energia escura.

“A questão se a gravidade modificada ou a relatividade geral irá prevalecer ainda é muito aberta”, disse Dodelson.

Glenn Starkman, um cosmologista da Case Western Reserve University em Cleveland, disse que o EG “será um implemento útil para a bateria de testes que modificam a teoria da gravidade  e  já estão em teste”. Starkman e seus colegas têm testado a viabilidade de um terceiro modelo modificado da gravidade, denominado “Einstein-Aether”, que usa um único campo novo para substituir tanto a matéria negra quanto a energia escura. Suas análises concluíram que o modelo Einstein-Aether não pode explicar os padrões identificados na radiação cósmica de fundo.

Leauthaud acredita que dentro das próximas duas décadas vários experimentos já planejados terão coletado dados observacionais suficientes para discriminar entre a relatividade geral e seus competidores usando o EG. “Mesmo que nós descobrirmos que a relatividade está errada, ou se nós descobrirmos um novo tipo de física para explicar a energia escura”, disse ela. “Nós estaremos de frente a uma mudança radical de qualquer maneira”.

Dados do Sloan Digital Sky Survey estão de acordo com as previsões feitas pela teoria da relatividade.

Fonte:

http://www.nature.com/news/2010/100310/full/news.2010.113.html?s=news_rss

Sérgio Sacani

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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