2299: Teoria de Einstein pode não ser a única explicação da gravidade

CIÊNCIA

(dr)
Albert Einstein, Prémio Nobel da Física em 1921

Uma equipa de físicos usou supercomputadores para simular o cosmos partindo de um modelo alternativo à teoria de Albert Einstein.

Físicos sugerem num estudo publicado esta segunda-feira que a Teoria da Relatividade Geral de Einstein poderá não ser a única forma de explicar como funciona a gravidade ou como se formam as galáxias. O estudo, publicado na revista da especialidade “Nature Astronomy”, foi conduzido por investigadores da Universidade de Durham, no Reino Unido.

Segundo a agência noticiosa espanhola Efe, que cita o estudo, uma equipa de físicos usou supercomputadores (computadores com maior capacidade de processamento de dados do que os convencionais) para simular o cosmos partindo de um modelo alternativo à teoria de Albert Einstein (1879-1955), a Teoria dos Camaleões, assim chamada porque muda de comportamento em função do meio envolvente.

De acordo com os cientistas da Universidade de Durham, as galáxias como a Via Láctea poderão ter-se formado segundo leis diferentes das da gravitação.

Publicada em 1915, a Teoria da Relatividade Geral constitui a descrição actual da gravitação na física moderna. Segundo Einstein, a gravitação não é uma força, mas uma curvatura no espaço-tempo provocada por uma massa como o Sol.

Os cientistas sabiam, a partir de cálculos teóricos, que a Teoria dos Camaleões podia reproduzir o sucesso da relatividade no Sistema Solar. O que a equipa da Universidade de Durham terá feito foi demonstrar que esta teoria explica a formação real de galáxias.

Para o físico Christian Arnold, do Instituto de Cosmologia da universidade britânica, as conclusões do estudo não significam que a Teoria da Relatividade Geral “seja incorrecta”, mas revelam, em seu entender, que “não tem que ser a única forma de explicar o papel da gravidade na evolução do Universo”.

O estudo, de acordo com os seus autores, poderá ajudar a compreender a ‘energia escura’, que tende a acelerar a expansão do Universo.

Os cientistas esperam que as conclusões da sua investigação possam ser confirmadas pelo telescópio SKA, que se apresenta como o maior radiotelescópio do mundo, com participação portuguesa, e que deverá começar a operar em 2020.

ZAP // Lusa

Por ZAP
9 Julho, 2019

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2049: Einstein ainda surpreende, 100 anos após o eclipse em São Tomé

Cem anos após o eclipse em São Tomé que provou a Teoria da Relatividade, o cientista continua a gerar descobertas

© Expresso Adaptação da placa comemorativa dos 90 anos da experiência, inaugurada em 2009, na ilha do Príncipe

Ilha do Príncipe, Roça Sundy, 29 de maio de 1919. Astrónomos ingleses liderados por Arthur Eddington observam e fotografam um eclipse total do Sol e conseguem confirmar pela primeira vez experimentalmente a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, apresentada em Novembro de 1915 à Academia de Ciências da Prússia. A expedição ao arquipélago de São Tomé e Príncipe, então território português, foi organizada pela Royal Astronomical Society e pela Royal Society. E os seus resultados marcaram a visão que temos hoje do Universo, precisamente 100 anos depois da experiência britânica, feita em simultâneo e com sucesso na cidade de Sobral, no nordeste do Brasil.

Os astrónomos ingleses observaram, usando vários instrumentos, se e em que medida a massa do Sol desviava a luz emitida por estrelas distantes, devido ao efeito da gravidade. A experiência só podia ser realizada obscurecendo a luz solar para tornar visíveis as estrelas à sua volta, o que foi possível graças a um eclipse total previsto para 29 de maio na zona do equador. Os resultados foram apresentados seis meses depois e revelaram que as estrelas observadas perto do disco solar durante o eclipse estavam ligeiramente deslocadas em relação à sua posição normal no céu, na medida prevista pela teoria de Einstein, isto é, 1,7 arcos-segundo. Um arco-segundo é uma medida usada para calcular ângulos e equivale a um ângulo com 1/3600 graus ou um círculo (360 graus) a dividir por 1.296.000.

Para entender o Universo

Mas os 100 anos da experiência de Arthur Eddington não são apenas uma efeméride. “A teoria de Einstein é um dos maiores triunfos do intelecto humano”, afirma ao Expresso Vítor Cardoso, o maior especialista português de buracos negros (ver entrevista). “É através desta teoria que percebemos o Universo, o Big Bang e objectos tão extremos como buracos negros. Em 2016 tivemos o anúncio da primeira detecção de ondas gravitacionais, em 2019 o da primeira foto de um buraco negro. E nada disto teria acontecido sem a expedição de Eddington e a consequente confirmação da Relatividade Geral”, constata o professor catedrático de Física do Instituto Superior Técnico (IST), onde lidera o grupo de investigação da gravidade no Centro de Astrofísica e Gravitação (CENTRA).

Vítor Cardoso falava ao Expresso da Universidade de Harvard (Cambridge, Massachusetts, EUA), depois de ter dado uma palestra no encontro “Black Hole Initiative”, que juntou cientistas do Event Horizon Telescope (EHT) — a rede de telescópios que fotografou pela primeira vez a zona envolvente de um buraco negro — e do observatório de ondas gravitacionais LIGO, bem como físicos teóricos, “para discutir tudo o que se fez, mas sobretudo o que há para fazer”. E o encontro começou precisamente a celebrar a expedição de Eddington.

Cem anos depois desta histórica expedição, a teoria de Einstein continua a ser confirmada por novas experiências. Mas depois da detecção por telescópios espaciais das poderosas emissões energéticas da matéria na vizinhança de buracos negros, da detecção de ondas gravitacionais e da primeira foto da zona envolvente de um buraco negro, o que falta ainda comprovar? E o que falta descobrir? “Existem dois aspectos fundamentais por perceber: como unificar a física quântica (micro-escala) com a gravitação (macro-escala) e o que é a matéria escura”, adianta Vítor Cardoso. “Neste momento, as equações clássicas de Einstein falham no interior de buracos negros e no Big Bang. Isto é, a teoria permite a existência de singularidades (curvaturas infinitas no contínuo do espaço-tempo) como solução matemática”. Por outro lado, “ainda não observámos a radiação de Hawking — radiação térmica emitida por buracos negros devido a efeitos quânticos — e talvez ela tenha informação importante neste aspecto”, salienta o professor do IST.

Os segredos das ondas gravitacionais

E as ondas gravitacionais têm ainda muito para contar. Assim, o que vemos são mesmo buracos negros? São os previstos na teoria de Einstein ou são diferentes, talvez ajudando a resolver o problema das singularidades? Existiram transições repentinas no início do Universo, como se julga? Como é que os buracos negros que vemos hoje nasceram e cresceram? Quantos existem? Há muitas dúvidas para responder. É por isso que o Athena, o futuro telescópio espacial de Raios X da Agência Espacial Europeia (ESA, organização a que Portugal pertence), vai investigar com um pormenor sem precedentes os buracos negros super-maciços que se encontram no centro das galáxias. E a missão espacial LISA (rede de três satélites), também da ESA, vai identificar as ondas gravitacionais em órbita, observando as flutuações de baixa frequência que acontecem quando dois buracos negros super-maciços se fundem e só podem ser detectados do Espaço.

msn notícias
Expresso
Virgílio Azevedo
25/05/2019

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1343: Einstein tinha razão. A gravidade do Universo não está a escapar para outras dimensões

CIÊNCIA

(dr) The SXS (Simulating eXtreme Spacetimes) Project
Quando dois buracos negros colidem, formam-se ondas gravitacionais no próprio espaço

A Teoria da Relatividade de Albert Einstein continua firme. É a conclusão de uma equipa de investigadores, que testou a teoria do famoso físico e concluiu que a gravidade do Universo não está a escapar para outras dimensões.

São boas notícias: o Universo não vai desaparecer e escapar para uma dimensão estranha.

A possibilidade de uma fuga interdimensional de gravidade tem a sua origem teórica nas mesmas dimensões físicas do Universo que serviram de base à Teoria da Relatividade Geral de Einstein – as três dimensões espaciais e a quarta dimensão, o tempo. Ou seja, não tem qualquer ligação com a ideia de dimensões alternativas ou universos paralelos.

Se houver alguma dimensão além destas quatro, não seremos capazes de as detectar. Mas as ondas gravitacionais talvez nos permitam fazê-lo. Assim, a Colaboração Científica LIGO – uma colaboração científica de institutos internacionais de física e outros grupos dedicados à procura de ondas gravitacionais – juntou esforços para o verificar, juntamente com estudos sobre alguns outros aspectos da relatividade.

O artigo resultante foi publicado no arXiv no início deste mês. Apesar de ainda não ter sido revisto pelos pares, as conclusões são consistentes com todos os outros estudos de relatividade até hoje.

No espaço-tempo como o conhecemos, a gravidade e a luz existem. Em dimensões extras, a gravidade ainda pode existir, mas a luz talvez não. E, pelo menos teoricamente, à medida que as ondas gravitacionais se propagam pelo espaço-tempo para uma iminente colisão cósmica colossal, parte da gravidade poderia “escapar” para estas dimensões.

O teste foi relativamente simples e a equipa teve o evento astronómico perfeito para testá-lo: GW170817. Pela primeira vez, foi possível ver duas estrelas de neutrões a colidir. Também se provou que as ondas leves e gravitacionais viajam à mesma velocidade.

De acordo com o teste que os investigadores imaginaram, se a gravidade está a ser sugada por alguma dimensão estranha desconhecida, mas a luz não, seremos capazes de detectar uma queda significativa na amplitude das ondas gravitacionais – em comparação com a perda de amplitude em ondas de luz.

Mas isso não aconteceu. A amplitude permaneceu proporcional e a Teoria da Relatividade triunfou mais uma vez.

A teoria de Einstein tem sobrevivido a teste atrás de teste, apesar de os cientistas continuarem a tentar quebrá-la. Para já ainda não aconteceu. E mesmo com a teoria ainda de pé, a cada “falhanço” os investigadores aprendem sempre algo novo sobre o Universo .

ZAP // Science Alert

Por ZAP
28 Novembro, 2018

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805: Comprovada pela primeira vez teoria da gravidade de Einstein em buracos negros super-massivos

Donkey Hotey / Flickr
Einstein por Donkey Hotey

Uma equipa internacional, que engloba físicos portugueses, conseguiu comprovar, pela primeira vez, os efeitos previstos pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein relativamente aos buracos negros super-massivos, após 26 anos de observações.

“Um modo de testar uma teoria física é medir o seu comportamento em casos extremos”, disse à Lusa o astrofísico Paulo Garcia, da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

Neste caso, para testar a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, utilizou-se o buraco negro super-massivo mais próximo da Terra (a 26.000 anos-luz de distância), localizado no centro da Via Láctea, que tem uma massa de quatro milhões de vezes a massa solar e está rodeado por um pequeno grupo de estrelas que o orbitam a alta velocidade.

Para tal, com recurso aos instrumentos GRAVITY, SINFONI e NACO, instalados no telescópio VLT, do Observatório Europeu do Sul, no Chile, os cientistas observaram uma estrela denominada S2, o objecto conhecido que passa mais próximo do buraco negro central da Via Láctea.

De acordo com Paulo Garcia, a estrela S2 passou pelo ponto mais próximo do buraco negro a 19 de maio de 2018, a uma distância menor que 20 mil milhões de quilómetros e a uma velocidade maior que 25 milhões de quilómetros por hora.

Através de medições “muito precisas” da posição e da velocidade desta estrela, conseguidas pelos três instrumentos, foi possível verificar um efeito chamado desvio para o vermelho gravitacional, indicou o astrofísico portuense.

Esse efeito acontece “quando a luz emitida pela estrela é esticada na direcção dos maiores comprimentos de onda”, devido ao “campo gravitacional muito forte do buraco negro”.

A variação do comprimento de onda da luz registada na estrela “está precisamente de acordo com a variação prevista pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein”, que explica a gravidade como uma deformação do espaço-tempo, contrastando com as leis de Newton, que explicam essa força como algo que actua à distância, esclareceu.

Esta trata-se da primeira vez que “este tipo de desvio às previsões da Teoria da Gravidade de Newton é observado no movimento de uma estrela em torno de um buraco negro super-massivo”, refere uma nota informativa do ESO sobre a descoberta.

“Agora sabemos que a teoria de Einstein se mantém válida para buracos negros com massa de milhões de massas solares. Até agora, todos os testes tinham sido feitos com massas muitíssimo mais baixas, da ordem de dezenas massas solares (como foi no caso da detecção de ondas gravitacionais) ou da massa solar”, frisou Paulo Garcia.

Neste momento, a equipa esta a seguir a estrela S2, “procurando um desvio na sua órbita denominado precessão de Schwarzschild”. “Este é o segundo efeito da teoria da relatividade que estamos à procura”, acrescentou.

As observações agora reveladas mostram um resultado “há muito procurado”, representando “o culminar de uma campanha de observações de 26 anos”, lê-se ainda no comunicado do ESO.

“Mais de cem anos após a publicação do seu artigo que descreveu as equações da relatividade geral, Einstein mostrou estar certo uma vez mais – e num laboratório muito mais extremo do que alguma vez poderia imaginar”, acrescenta o documento.

A equipa portuguesa envolvida nesta investigação conta com físicos da FEUP e da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, integrados na unidade de investigação CENTRA (Centro de Astrofísica e Gravitação), em colaboração com cientistas franceses e alemães.

São responsáveis pelo desenho, construção e validação da câmara de infravermelhos do GRAVITY, que combina quatro telescópios gigantes, cada um com um espelho de oito metros de diâmetro, que, em conjunto, funcionam como um telescópio de aproximadamente 130 metros.

Este instrumento permite realizar várias medições em tempo real, de modo que o instrumento aponte para o buraco negro super-massivo no centro da Via Láctea e se mantenha precisamente nesta posição durante as observações.

ZAP // Lusa

Por Lusa
28 Julho, 2018

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805: Einstein estava certo… outra vez

Pela primeira vez um buraco negro, o que existe no centro da nossa galáxia, ajudou a confirmar a teoria da relatividade geral de Einstein

Uma imagem gráfica das observações Foto ESO/M. Kornmesser

Um esquema da órbita das estrelas junto ao buraco negro no centro da Via Láctea
Foto ESO/L. Calçada/spaceengine.org

As observações que confirmam a teoria da relatividade geral de Einstein têm-se sucedido a bom ritmo, e agora aconteceu de novo, graças aos maiores telescópios do mundo, os VLT, do ESO, o European Southern Observatory. Nesta história, o protagonista é o imenso buraco negro que habita o coração da Via Láctea – a nossa galáxia.

Os resultados, anunciados hoje pelo ESO, culminam um trabalho de 26 anos a observar o centro da galáxia, que dista 26 mil anos-luz da Terra, e que alberga um “monstro” com uma massa quatro milhões de vezes superior à do Sol.

Foi ao observar uma estrela, a S2, que gravita a velocidades vertiginosas, juntamente com algumas outras, na proximidade deste buraco negro, que os astrofísicos observaram os resultados que confirmam a teoria do mais famoso físico do século XX.

Os telescópios VLT, no Chile
© ESO

De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, os objectos luminosos que passam junto a um campo gravitacional muito intenso sofrem um fenómeno conhecido por desvio para o vermelho gravitacional. De forma simples, a onda luminosa sofre uma espécie de alongamento, com uma alteração na parte vermelha do espectro, ao sair da esfera de influência desse campo gravitacional.

Foi exactamente esse fenómeno que a equipa internacional de astrofísicos liderada por Reinhard Genzel of the Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, na Alemanha, observou, apontando os VLT à estrela S2. Os cientistas já tinham observado antes esta estrela, mas não conseguiram confirmar na altura aquele efeito de desvio para o vermelho.

“Esta foi a segunda vez que observámos a passagem da S2 junto ao buraco negro no centro da nossa galáxia, mas desta vez tínhamos muito melhor instrumentação e conseguimos observar a estrela com uma resolução sem precedentes”, explica Reinhard Genzel. E sublinha: “Preparámo-nos intensamente para este momento desde há anos, uma vez que queríamos aproveitar esta oportunidade única de observar os efeitos da relatividade geral na luz da estrela”.

A oportunidade foi bem aproveitada. Mais de cem anos depois de Einstein ter publicado a sua teoria da relatividade geral, ela continua a ser confirmada pelos trabalhos dos cientistas de hoje.

Diário de Notícias
Filomena Naves
26 Julho 2018 — 17:25

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367: A estrela S0-2 está pronta para pôr a Teoria de Einstein à prova

Faltam poucos meses para os astrónomos apontarem os telescópios para o Sagitário A*, o buraco negro super-massivo do centro da Via Láctea. Isto porque a vida deste buraco negro será marcada pela passagem de uma estrela, que irá colocar à prova a Teoria da Relatividade de Einstein.

A estrela S0-2 faz parte de uma classe de estrelas conhecida como S-Stars que orbitam perto do buraco negro Sagitário A*, e tem uma massa estimada em cerca de 4,3 milhões de Sóis.

Mas este não é o único aspecto que a torna tão especial. A S0-2 é uma das duas estrelas que se aproximam do buraco negro na sua órbita elíptica, o que significa que é provável que comprove (ou não) os efeitos da atracção gravitacional do buraco negro, quando realiza uma volta completa a cada 16 anos.

Segundo a Teoria Geral da Relatividade, a luz será afectada por um forte campo gravitacional e será “esticada” (redshift). A órbita, por sua vez, também irá mudar – quanto maior o redshift (desvio para o vermelho, no espectro) maior a distância.

À medida que a S0-2 se move para sua aproximação mais próxima – a 17 horas-luz do centro da galáxia – investigadores da UCLA’s Galactic Center Group vão estando atentos para verificarem se essas mudanças realmente ocorrem – caso aconteçam, a Teoria da Relatividade será novamente comprovada.

Segundo o ScienceAlert, a medição do redshift poderá ser possível. No entanto, há uma potencial complicação: a S0-2 pode ser uma estrela binária, facto que iria complicar as medições.

De acordo com o estudo – no qual os cientistas realizaram a primeira análise espectroscópica na S0-2 como uma potencial estrela binária – é mais provável que a S0-2 seja uma única estrela, com cerca de 15 vezes a massa do Sol. Caso tenha uma companheira, é pequena demais para ter efeito na observação.

“Esta será a primeira medida deste tipo”, disse o co-autor Tuan Do, vice-director do Galactic Center Group. “A gravidade é das forças menos testadas da natureza. A teoria de Einstein passou todos os outros testes até agora. Caso haja desvios, irá levantar muitas questões sobre a natureza da gravidade”, explicou.

Além disso, todo o conjunto de S-stars é peculiar. Estas estrelas são jovens em termos estelares, o que significa que provavelmente foram formadas no ambiente hostil de Sagistarius A*. Assim, permanece o mistério de como é que estas estrelas se conseguiram formar, o que pode querer dizer que existe outro mecanismo de formação estelar que não conhecemos.

Desde 1992 que os investigadores observam a S0-2, o que significa que a sua órbita mais próxima já foi observada antes. Contudo, essa observação serviu para constituir evidências sobre a existência de Sagitarius A*. No entanto, os instrumentos utilizados não eram suficientemente sensíveis para observar um redhift gravitacional na luz da estrela.

Estamos à espera deste momento há 16 anos!“, disse Devin Chu, autor principal do artigo. “Estamos muito ansiosos para ver o compartimento de S0-2: será que vai seguir a teoria de Einstein ou a desafiar as leis da física actual?”, questionou.

O fenómeno irá acontecer em meados de 2018. Até lá, o artigo com os detalhes das análises da estrela S0-2 pode ser encontrado no The Astrophysical Journal.

ZAP // ScienceAlert

Por ZAP
13 Março, 2018

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