Estrela “arrasta” espaço-tempo e comprova teoria de Einstein

Estudo de quase duas décadas mostrou o efeito previsto pelo físico alemão em um sistema em que duas estrelas giram em torno de si a velocidades alucinantes

Concepção artística do "arrasto de quadro": duas estrelas giram e torcem espaço e tempo. Crédito: Mark Myers, OzGrav ARC Centre of Excellence

Uma equipe internacional de astrofísicos liderada pelo professor australiano Matthew Bailes, do Centro de Excelência em Descoberta de Ondas Gravitacionais (OzGrav) do Australian Research Council (ARC), mostrou novas e empolgantes evidências de “arrasto de quadro” – como a rotação de um corpo celeste torce espaço e tempo – depois de rastrear a órbita de um par estelar exótico por quase duas décadas. Os dados, que são mais uma evidência da teoria da relatividade geral de Einstein, foram publicados na revista “Science”.

Mais de um século atrás, Albert Einstein publicou sua teoria, segundo a qual a força da gravidade surge da curvatura do espaço e do tempo e que objetos, como o Sol e a Terra, alteram essa geometria. Os avanços na instrumentação levaram a uma enxurrada recente de ciência (ganhadora do prêmio Nobel) sobre fenômenos mais distantes, relacionados à relatividade geral. A descoberta de ondas gravitacionais foi anunciada em 2016; a primeira imagem de uma sombra de buraco negro e de estrelas orbitando o buraco negro supermassivo no centro de nossa galáxia foi publicada no ano passado.

Há quase 20 anos, uma equipe liderada por Bailes, da Universidade de Tecnologia de Swinburne, em Melbourne, e diretor do OzGrav, começou a observar duas estrelas girando em torno de si em velocidades surpreendentes com o radiotelescópio de 64 metros de Parkes, da Organização de Pesquisa Industrial e Científica da Comunidade de Nações (CSIRO, em inglês). Uma das estrelas é uma anã branca do tamanho da Terra, mas com 300 mil vezes a sua densidade; a outra é uma estrela de nêutrons que, embora tenha apenas 20 quilômetros de diâmetro, possui cerca de 100 bilhões de vezes a densidade da Terra. O sistema, denominado PSR J1141-6545 e descoberto em Parkes, está repleto de maravilhas relativísticas.

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Descarte do núcleo externo

Antes de explodir (tornando-se uma estrela de nêutrons), cerca de um milhão de anos atrás, a segunda estrela começou a inchar, descartando seu núcleo externo, que caiu sobre a anã branca próxima. Esses detritos fizeram a anã branca girar cada vez mais rapidamente, até que seu dia fosse medido apenas em minutos.

Em 1918 (três anos após Einstein publicar sua teoria), os matemáticos austríacos Josef Lense e Hans Thirring perceberam que, se o físico alemão estivesse certo, todos os corpos em rotação deveriam “arrastar” o próprio tecido do espaço-tempo ao seu redor.

Na vida cotidiana, o efeito é minúsculo e quase indetectável. No início do século 21, porém, a primeira evidência experimental desse efeito foi vista em giroscópios que orbitam a Terra, cuja orientação foi arrastada na direção do giro do nosso planeta. Uma anã branca que gira rapidamente, como a do sistema PSR J1141-6545, arrasta o espaço-tempo com uma força 100 milhões de vezes maior que essa.

Mudança gradual

Um pulsar em órbita em torno de uma anã branca apresenta uma oportunidade única de explorar a teoria de Einstein em um novo regime ultrarrelativístico.

O autor principal do estudo publicado na “Science”, Vivek Venkatraman Krishnan, do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR, no original), da Alemanha, recebeu a tarefa de desvendar todos os efeitos relativísticos concorrentes em jogo no sistema como parte de seu doutorado na Universidade de Tecnologia de Swinburne. Ele notou que, a menos que permitisse uma mudança gradual na orientação do plano da órbita, a relatividade geral não fazia sentido.

O astrofísico português Paulo Freire, do MPIfR, percebeu que o arrasto de quadro de toda a órbita poderia explicar sua órbita inclinada, e a equipe apresentou evidências convincentes em apoio a isso no seu artigo. O texto mostra que a relatividade geral está viva e bem, exibindo mais uma de suas muitas previsões.