Astrônomos usaram o Very Large Telescope (VLT) do ESO e radiotelescópios de todo o mundo para encontrar e estudar um par estelar bizarro, constituído pela estrela de nêutrons de maior massa conhecida até hoje e uma estrela anã branca.
© ESO/L. Calçada (ilustração de um pulsar e uma anã branca)
Este estranho sistema binário permite testar a teoria da gravitação de Einstein, a relatividade geral, de maneiras que não tinham sido possíveis até hoje. Até agora, as novas observações estão exatamente de acordo com as previsões da relatividade geral e são inconsistentes com algumas teorias alternativas.
Uma equipe internacional descobriu um sistema binário exótico, constituído por uma estrela de nêutrons, pequena mas excepcionalmente pesada, que gira em torno de seu próprio eixo 25 vezes por segundo, e por uma estrela anã branca que a orbita a cada duas horas e meia. A estrela de nêutrons é um pulsar que emite ondas de rádio, que podem ser observadas a partir da Terra com radiotelescópios. Além de ser muito interessante por si só, este par incomum 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. Ele tem duas vezes mais massa que o Sol, mas tem um diâmetro de apenas 20 quilômetros. A gravidade em sua superfície é mais de 300 bilhões de vezes mais intensa que a sentida na Terra, e em seu centro cada pedaço do tamanho de um cubo de açúcar tem mais de um bilhão de toneladas de matéria comprimidas. A sua companheira anã branca 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 lentamente vai se apagando.
“Observei este sistema com o VLT do ESO, procurando variações na radiação emitida pela anã branca, causadas pelo seu movimento em torno do pulsar”, diz John Antoniadis, um estudante de doutorado no Instituto Max Planck de Rádio Astronomia (MPIfR) em Bonn, 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 a estrela de nêutrons 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 ela não pode ser a explicação derradeira e deverá, em última instância, perder a sua validade. A relatividade geral não é consistente com outra grande teoria física do século XX, a mecânica quântica. Ela também prevê singularidades para certas circunstâncias, quando algumas quantidades tendem para o infinito, tal como no centro de um buraco negro.
Os físicos construíram outras teorias de gravidade que levam a previsões diferentes das da relatividade geral. Para algumas destas alternativas, as diferenças são percebidas apenas para campos gravitacionais extremamente fortes, os quais não podem ser encontrados no Sistema Solar. Em termos de gravidade, o PSR J0348+0432 é de fato um objeto extremo, mesmo quando comparado com outros pulsares que foram usados em testes de alta precisão da relatividade geral de Einstein. O primeiro pulsar binário, PSR B1913+16, foi descoberto por Joseph Hooton Jr. e Russell Hulse, que ganharam por isso o Prêmio Nobel da Física em 1993. Os cientistas mediram de forma exata as variações nas propriedades deste objeto, mostrando que eram precisamente consistentes com as perdas de energia de radiação gravitacional previstas pela relatividade geral.
Em campos gravitacionais tão fortes, pequenos aumentos na massa podem levar a grandes variações no espaço-tempo em torno destes objetos. Até agora, os astrônomos não tinham ideia do que podia acontecer na presença de uma estrela de nêutrons de massa tão elevada como a PSR J0348+0432. Este objeto oferece a oportunidade única de levar estes testes a território desconhecido.
A equipe combinou as observações da anã branca, obtidas pelo VLT, com o sinal muito preciso do pulsar obtido pelos radiotelescópios. Este trabalho utilizou dados dos radiotelescópios de Effelsberg, Arecibo e Green Bank, além dos telescópios ópticos Very Large Telescope e William Herschel Telescope.
Um sistema 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 em rádio foram tão precisas, que já conseguimos medir a variação do período orbital com valores da ordem de 8 milionésimos de segundo por ano, exatamente como previsto pela teoria de Einstein”, diz Paulo Freire, outro integrante da equipe.
Este é apenas o começo dos estudos detalhados sobre este objeto único, e os astrônomos irão utilizá-lo para testar a relatividade geral com cada vez mais precisão, à medida que o tempo passa.
Os resultados deste estudo foram publicados hoje na revista Science.
Fonte: ESO
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