Crédito da imagem: NRAO
Teorizado por Einstein por quase um século, os físicos encontraram evidências para apoiar a teoria de que a força da gravidade se move na velocidade da luz. Variações na forma como a imagem do quasar foi dobrada foram responsáveis por essa velocidade de gravidade.
Aproveitando-se de um raro alinhamento cósmico, os cientistas fizeram a primeira medição da velocidade com a qual a força da gravidade se propaga, atribuindo um valor numérico a uma das últimas constantes fundamentais não medidas da física.
"Newton pensou que a força da gravidade era instantânea. Einstein assumiu que se movia na velocidade da luz, mas até agora ninguém a media ”, disse Sergei Kopeikin, físico da Universidade de Missouri-Columbia.
"Determinamos que a velocidade de propagação da gravidade é igual à velocidade da luz com precisão de 20%", disse Ed Fomalont, astrônomo do Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO) em Charlottesville, VA. Os cientistas apresentaram suas descobertas na reunião da American Astronomical Society em Seattle, WA.
A medida de referência é importante para os físicos que trabalham com teorias de campo unificadas que tentam combinar a física de partículas com a teoria geral da relatividade de Einstein e a teoria eletromagnética.
"Nossa medição impõe alguns limites fortes às teorias que propõem dimensões extras, como teoria das supercordas e teoria das branas", disse Kopeikin. "Conhecer a velocidade da gravidade pode fornecer um teste importante da existência e compactação dessas dimensões extras", acrescentou.
A teoria das supercordas propõe que as partículas fundamentais da natureza não são pontuais, mas sim laços ou cordas incrivelmente pequenos, cujas propriedades são determinadas por diferentes modos de vibração. Os farelos (uma palavra derivada de membranas) são superfícies multidimensionais, e algumas teorias físicas atuais propõem farelos do espaço-tempo embutidos em cinco dimensões.
Os cientistas usaram o Very Long Baseline Array da National Science Foundation (VLBA), um sistema de radiotelescópio em todo o continente, juntamente com o radiotelescópio de 100 metros em Effelsberg, Alemanha, para fazer uma observação extremamente precisa quando o planeta Júpiter passou quase em frente a um quasar brilhante em 8 de setembro de 2002.
A observação registrou uma ligeira “curvatura” das ondas de rádio vindas do quasar de fundo pelo efeito gravitacional de Júpiter. A flexão resultou em uma pequena mudança na posição aparente do quasar no céu.
"Como Júpiter está se movendo ao redor do Sol, a quantidade precisa de flexão depende um pouco da velocidade com que a gravidade se propaga a partir de Júpiter", disse Kopeikin.
Júpiter, o maior planeta do Sistema Solar, só passa suficientemente perto do caminho das ondas de rádio de um quasar adequadamente brilhante cerca de uma vez por década para que essa medida seja feita, disseram os cientistas.
O alinhamento celeste de uma vez em uma década foi o último de uma cadeia de eventos que tornou possível medir a velocidade da gravidade. Os outros incluíram uma reunião casual dos dois cientistas em 1996, um avanço na física teórica e o desenvolvimento de técnicas especializadas que permitiram a medição extremamente precisa.
“Ninguém havia tentado medir a velocidade da gravidade antes porque a maioria dos físicos supunha que a única maneira de fazer isso era detectar ondas gravitacionais”, lembrou Kopeikin. No entanto, em 1999, Kopeikin estendeu a teoria de Einstein para incluir os efeitos gravitacionais de um corpo em movimento nas ondas de luz e rádio. Os efeitos dependiam da velocidade da gravidade. Ele percebeu que, se Júpiter se movesse quase na frente de uma estrela ou fonte de rádio, ele poderia testar sua teoria.
Kopeikin estudou a órbita prevista de Júpiter pelos próximos 30 anos e descobriu que o planeta gigante passaria perto o suficiente na frente do quasar J0842 + 1835 em 2002. No entanto, ele rapidamente percebeu que o efeito na posição aparente do quasar no céu é atribuível até a velocidade da gravidade seria tão pequena que a única técnica observacional capaz de medi-la foi a Interferometria de Linha de Base Muito Longa (VLBI), a técnica incorporada no VLBA. Kopeikin entrou em contato com a Fomalont, um especialista líder em VLBI e um observador experiente em VLBA.
"Percebi imediatamente a importância de um experimento que poderia fazer a primeira medição de uma constante fundamental da natureza", disse Fomalont. "Decidi que tínhamos de dar o nosso melhor", acrescentou.
Para obter o nível de precisão exigido, os dois cientistas adicionaram o telescópio Effelsberg à sua observação. Quanto maior a separação entre duas antenas de radiotelescópio, maior é o poder de resolução ou a capacidade de ver detalhes finos. O VLBA inclui antenas no Havaí, nos Estados Unidos continentais e em St. Croix, no Caribe. Uma antena do outro lado do Atlântico acrescentou ainda mais poder de resolução.
"Tivemos que fazer uma medição com cerca de três vezes mais precisão do que qualquer um já havia feito, mas sabíamos, em princípio, que isso poderia ser feito", disse Fomalont. Os cientistas testaram e refinaram suas técnicas em "pistas secas", depois esperaram que Júpiter passasse diante do quasar.
A espera incluiu roer bastante as unhas. Falha no equipamento, mau tempo ou uma tempestade eletromagnética em Júpiter poderia ter sabotado a observação. No entanto, a sorte se manteve e as observações dos cientistas em uma frequência de rádio de 8 GigaHertz produziram dados suficientes para realizar suas medições. Eles alcançaram uma precisão igual à largura de um cabelo humano visto a 250 milhas de distância.
“Nosso principal objetivo era descartar uma velocidade infinita para a gravidade, e fizemos ainda melhor. Agora sabemos que a velocidade da gravidade é provavelmente igual à velocidade da luz, e podemos excluir com confiança qualquer velocidade da gravidade que seja mais do dobro da velocidade da luz ”, disse Fomalont.
A maioria dos cientistas, disse Kopeikin, ficará aliviada por a velocidade da gravidade ser consistente com a velocidade da luz. “Acredito que esse experimento lança uma nova luz sobre os fundamentos da relatividade geral e representa o primeiro de muitos outros estudos e observações de gravitação que são atualmente possíveis devido à enorme precisão do VLBI. Temos muito mais a aprender sobre essa força cósmica intrigante e sua relação com as outras forças da natureza ”, disse Kopeikin.
Esta não é a primeira vez que Júpiter desempenhou um papel na produção de uma medição de uma constante física fundamental. Em 1675, Olaf Roemer, um astrônomo dinamarquês que trabalha no Observatório de Paris, fez a primeira determinação razoavelmente precisa da velocidade da luz observando eclipses de uma das luas de Júpiter.
Fonte original: Comunicado de imprensa da NRAO
