Teoria da gravidade modificada empata com Relatividade Geral

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/03/2022

Simulação da fusão de um binário de estrelas de nêutrons.
[Imagem: Miguel Bezares-GRAMS/SISSA]

Para fechar as contas

Para explicar fenômenos cosmológicos - como a expansão acelerada do Universo - usando a teoria de Einstein, é necessário adicionar uma enorme quantidade de energia escura.

Não é meramente que não saibamos o que a energia escura é: Ela foi adicionada lá pelos cientistas na quantidade necessária para que a teoria fizesse sentido.

Mas e se a energia escura for apenas uma ilusão e a própria Relatividade Geral tivesse que ser modificada?

"A existência da energia escura pode ser apenas uma ilusão. A expansão acelerada do Universo pode ser causada por algumas modificações ainda desconhecidas da Relatividade Geral, uma espécie de 'gravidade escura'," propõe Enrico Barausse, astrofísico da Escola Superior Internacional de Estudos Avançados (SISSA), na Itália.

Gravidade modificada

Como os experimentos não encontram nada quando procuraram por essa força misteriosa, têm surgido várias teorias para se livrar da energia escura.

Uma delas é uma teoria da gravitação conhecida como Fierz-Jordan-Brans-Dicke. Essa concorrente da Relatividade Geral propõe que a interação gravitacional é mediada por um campo escalar, além do campo tensorial da Relatividade de Einstein. Nesse quadro explicativo, a constante gravitacional G não é presumida como constante, sendo o campo escalar o equivalente a 1/G, ou seja, a gravidade pode variar de lugar para lugar e com o tempo.

Agora, Miguel Bezares e seus colegas fizeram um enorme esforço computacional e matemático para produzirem a primeira simulação de uma fusão de um par de estrelas de nêutrons, um fenômeno que apresenta um comportamento semelhante à energia escura em escalas cosmológicas, o que permitiu comparar a teoria de Einstein e versões modificadas dela.

E deu empate, com ambos os arcabouços teóricos apresentando o mesmo poder explicativo. Em outras palavras, pode-se explicar os fenômenos cosmológicos estudados sem precisar lançar mão da problemática energia escura.

A fusão desses corpos celestes leva a gravidade ao extremo.
[Imagem: Miguel Bezares-GRAMS/SISSA]

Gravidade escura

A fusão de estrelas de nêutrons oferece uma situação única para testar essas teorias cosmológicas porque a gravidade ao redor do binário é levada ao extremo.

"As estrelas de nêutrons são as estrelas mais densas que existem, normalmente com apenas 10 quilômetros de raio, mas com uma massa entre uma ou duas vezes a massa do nosso Sol," explicou Barausse. "Isso torna a gravidade e o espaço-tempo ao seu redor extremos, permitindo a produção abundante de ondas gravitacionais quando duas delas colidem. Podemos usar os dados adquiridos durante esses eventos para estudar o funcionamento da gravidade e testar a teoria de Einstein em uma nova janela."

Para isso, a equipe produziu a primeira simulação computadorizada da fusão de um par de estrelas de nêutrons usando as teorias da gravidade modificadas mais relevantes para a cosmologia.

"Este tipo de simulação é extremamente desafiador devido à natureza altamente não linear do problema. Ele requer um grande esforço computacional - meses de execução em supercomputadores - que foi possível também [...] por novas formulações matemáticas que desenvolvemos. Elas representaram os principais obstáculos por muitos anos até nossa primeira simulação," acrescentou Miguel Bezares, principal responsável pelo estudo.

Graças a essas simulações, os pesquisadores finalmente puderam comparar a Relatividade Geral e a gravidade modificada.

"Surpreendentemente, descobrimos que a hipótese da 'gravidade escura' é tão boa quanto a Relatividade Geral para explicar os dados coletados pelos interferômetros LIGO e Virgo durante colisões passadas de estrelas de nêutrons binárias. De fato, as diferenças entre as duas teorias nesses sistemas são bastante sutis, mas podem ser detectáveis pela próxima geração de interferômetros gravitacionais, como o telescópio Einstein, na Europa, e o Explorador Cósmico, nos EUA. Isso abre a excitante possibilidade de usar ondas gravitacionais para discriminar entre energia escura e 'gravidade escura'," concluiu Barausse.

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