Publicado em 1915, a teoria da relatividade geral de Einstein (GR) passou seu primeiro grande teste apenas alguns anos depois, quando a deflexão gravitacional prevista da luz que passava perto do Sol foi observada durante o eclipse solar de 1919.
Em 1960, a GR passou no seu primeiro grande teste em um laboratório, aqui na Terra; o experimento Pound-Rebka. E ao longo das nove décadas desde a sua publicação, a GR passou por teste após teste após teste, sempre com cores vivas (confira esta revisão para um excelente resumo).
Mas os testes sempre foram realizados dentro do sistema solar ou indiretos.
Agora, uma equipe liderada por cientistas da Universidade de Princeton testou a GR para verificar se ela é verdadeira em escalas cósmicas. E, depois de dois anos analisando dados astronômicos, os cientistas concluíram que a teoria de Einstein funciona tão bem em grandes distâncias quanto em regiões mais locais do espaço.
A análise dos cientistas de mais de 70.000 galáxias demonstra que o universo - pelo menos a uma distância de 3,5 bilhões de anos-luz da Terra - segue as regras estabelecidas por Einstein em sua famosa teoria. Embora o GR seja aceito pela comunidade científica há mais de nove décadas, até agora ninguém havia testado a teoria de maneira tão completa e robusta a distâncias e escalas que vão muito além do sistema solar.
Reinabelle Reyes, uma estudante de Princeton no Departamento de Ciências Astrofísicas, juntamente com as co-autoras Rachel Mandelbaum, pesquisadora associada e James Gunn, o professor de Astronomia Eugene Higgins, descreveram sua avaliação na edição de 11 de março da revista Nature.
Outros cientistas que colaboraram no trabalho incluem Tobias Baldauf, Lucas Lombriser e Robert Smith, da Universidade de Zurique, e Uros Seljak, da Universidade da Califórnia-Berkeley.
Os resultados são importantes, disseram eles, porque reforçam as teorias atuais que explicam a forma e a direção do universo, incluindo idéias sobre energia escura, e dissipam algumas dicas de outros experimentos recentes de que a relatividade geral pode estar errada.
"Todas as nossas idéias em astronomia são baseadas nessa extrapolação realmente enorme, então qualquer coisa que possamos fazer para ver se isso está certo ou não nessas escalas é extremamente importante", disse Gunn. "Ele adiciona outro tijolo à fundação que sustenta o que fazemos".
GR é uma das duas teorias fundamentais subjacentes a toda astrofísica e cosmologia contemporânea (a outra é o Modelo Padrão da física de partículas, uma teoria quântica); explica tudo, de buracos negros ao Big Bang.
Nos últimos anos, várias alternativas à relatividade geral foram propostas. Essas teorias modificadas da gravidade partem da relatividade geral em grandes escalas para contornar a necessidade de energia escura, matéria escura ou ambas. Porém, como essas teorias foram projetadas para corresponder às previsões da relatividade geral sobre a história de expansão do universo, um fator central no trabalho cosmológico atual, tornou-se crucial saber qual teoria está correta ou pelo menos representar a realidade da melhor maneira possível. pode ser aproximado.
"Sabíamos que precisávamos examinar a estrutura em larga escala do universo e o crescimento de estruturas menores que a compunham ao longo do tempo para descobrir", disse Reyes. A equipe usou dados do Sloan Digital Sky Survey (SDSS), um projeto de telescópio de várias instituições e de longo prazo que mapeia o céu para determinar a posição e o brilho de várias centenas de milhões de galáxias e quasares.
Ao calcular o agrupamento dessas galáxias, que se estendem por quase um terço do caminho até a borda do universo, e analisando suas velocidades e distorções do material intermediário - devido às lentes fracas, principalmente pela matéria escura -, os pesquisadores mostraram que o Einstein A teoria explica melhor o universo próximo do que as teorias alternativas da gravidade.
Os cientistas de Princeton estudaram os efeitos da gravidade nas galáxias SDSS e aglomerados de galáxias por longos períodos de tempo. Eles observaram como essa força fundamental leva as galáxias a se agruparem em coleções maiores de galáxias e como molda a expansão do universo.
Criticamente, porque a relatividade exige que a curvatura do espaço seja igual à curvatura do tempo, os pesquisadores puderam calcular se a luz foi influenciada em quantidades iguais por ambos, como deveria ser se a relatividade geral se mantiver verdadeira.
"É a primeira vez que esse teste é realizado, portanto é uma prova de conceito", disse Mandelbaum. “Existem outras pesquisas astronômicas planejadas para os próximos anos. Agora que sabemos que esse teste funciona, poderemos usá-lo com melhores dados que estarão disponíveis em breve para restringir mais fortemente a teoria da gravidade. ”
O fortalecimento dos poderes preditivos do GR pode ajudar os cientistas a entender melhor se os modelos atuais do universo fazem sentido, disseram os cientistas.
"Qualquer teste que possamos fazer para aumentar nossa confiança na aplicação dessas coisas teóricas muito bonitas, mas que não foram testadas nessas escalas, é muito importante", disse Gunn. “Certamente ajuda quando você está tentando fazer coisas complicadas para entender os fundamentos. E isso é uma coisa muito, muito, muito fundamental. ”
"O bom de ir para a escala cosmológica é que podemos testar qualquer teoria alternativa completa da gravidade, porque ela deve prever as coisas que observamos", disse o co-autor Uros Seljak, professor de física e astronomia da UC Berkeley. e um cientista do corpo docente do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley que atualmente está de licença no Instituto de Física Teórica da Universidade de Zurique. "Essas teorias alternativas que não requerem matéria escura são reprovadas nesses testes."
Fontes: “Os cientistas de Princeton dizem que a teoria de Einstein se aplica além do sistema solar” (Universidade de Princeton), “Estudo valida a relatividade geral em escala cósmica, existência de matéria escura” (Universidade da Califórnia em Berkeley), “Confirmação da relatividade geral em larga escala de fraca velocidades de lente e galáxia ”(Nature, pré-impressão arXiv)
