Simulação de buraco negro reforça ainda mais teoria de Einstein

A descrição da gravidade de Einstein ficou muito mais difícil de se tornar obsoleta

A teoria da relatividade geral de Einstein previu que o espaço-tempo ao redor da Terra seria deformado e torcido pela rotação do planeta. Os objetos massivos distorcem o espaço-tempo, que é sentido como gravidade.

Apesar de sua assertividade e sucesso, a hipótese poderosa de Einstein permanece matematicamente irreconciliável com a mecânica quântica. Testar a relatividade geral é significativo porque uma teoria definitiva do universo deve abranger a gravidade e a mecânica quântica.

Espera-se que uma nova teoria seja diferente da relatividade geral, mas há muitas maneiras de modificá-la. De acordo com os cientistas, qualquer que seja a teoria correta, ela não pode ser significativamente diferente da relatividade geral quando se trata de buracos negros.

Visualização do novo medidor desenvolvido para testar as previsões das teorias da gravidade modificadas contra a medição do tamanho da sombra do M87. Crédito: D. Psaltis, UArizona; Colaboração EHT

A teoria resistiu a mais de 100 anos de escrutínio e testes, incluindo o mais recente teste da colaboração do Event Horizon Telescope.

O professor de astrofísica do UArizona Dimitrios Psaltis, que, até recentemente, era o cientista do projeto da colaboração Event Horizon Telescope, disse: “Nós reduzimos o espaço para possíveis modificações”.

Keiichi Asada, membro do conselho científico do EHT e especialista em observações de rádio de buracos negros para o Instituto Sinica de Astronomia e Astrofísica da Academia Sinica, disse: “Esta é uma maneira totalmente nova de testar a relatividade geral usando buracos negros supermassivos”.

Os cientistas realizaram o teste usando a primeira imagem já obtida do buraco negro supermassivo na galáxia M87. Os primeiros resultados mostraram que o tamanho da sombra do buraco negro era consistente com o tamanho previsto pela relatividade geral.

Simulação do buraco negro M87 mostrando o movimento do plasma enquanto ele gira em torno do buraco negro. O anel fino e brilhante que pode ser visto em azul é a borda do que chamamos de sombra do buraco negro. Crédito: L. Medeiros; C. Chan; D. Psaltis; F. Özel; UArizona; IAS.

O UArizona Steward Theory Fellow Pierre Christian disse: “Naquela época, não éramos capazes de fazer a pergunta oposta: Quão diferente pode uma teoria da gravidade ser da relatividade geral e ainda ser consistente com o tamanho da sombra? Ficamos imaginando se haveria algo que pudéssemos fazer com essas observações para selecionar algumas das alternativas. ”

Os cientistas analisaram amplamente muitas modificações na teoria da relatividade geral. O objetivo deles foi identificar a característica única de uma teoria da gravidade que determina o tamanho da sombra de um buraco negro.

Desta forma, os cientistas esperavam localizar se alguma alternativa à relatividade geral está de acordo com as observações do Event Horizon Telescope. Eles se concentraram em várias alternativas que haviam passado em todos os testes anteriores do sistema solar.

O professor de astrofísica do UArizona Feryal Özel, um membro sênior da colaboração EHT, disse: “Usando o medidor que desenvolvemos, mostramos que o tamanho medido da sombra do buraco negro no M87 restringe a margem de manobra para modificações na teoria da relatividade geral de Einstein em quase um fator de 500, em comparação com os testes anteriores no sistema solar. Muitas maneiras de modificar a relatividade geral falham neste novo e mais rígido teste de sombra em um buraco negro. ”

Ilustração das diferentes intensidades dos campos gravitacionais sondados por testes cosmológicos, do sistema solar e de buracos negros. Crédito: D. Psaltis, UArizona; NASA / WMAP; ESA / Cassini; Colaboração EHT

Michael Kramer, diretor do Instituto Max Planck de Radioastronomia e colaboração EHT, disse: “As imagens do buraco negro fornecem um ângulo completamente novo para testar a teoria da relatividade geral de Einstein.”

Psaltis disse: “Junto com as observações das ondas gravitacionais, isso marca o início de uma nova era na astrofísica de buracos negros”.

Özel disse: “Testar a teoria da gravidade é uma busca contínua: as previsões da relatividade geral para vários objetos astrofísicos são boas o suficiente para os astrofísicos não se preocuparem com quaisquer diferenças potenciais ou modificações na relatividade geral?”

“Sempre dizemos que a relatividade geral passou em todos os testes com louvor – se eu ganhasse um centavo cada vez que ouço isso.”

“Mas é verdade que quando você faz certos testes, você não vê que os resultados se desviam do que a relatividade geral prevê. O que estamos dizendo é que, embora tudo isso esteja correto, pela primeira vez, temos um medidor diferente pelo qual podemos fazer um teste que é 500 vezes melhor, e esse medidor é o tamanho da sombra de um buraco negro. ”

Fonte:

Dimitrios Psaltis et al. Gravitational Test beyond the First Post-Newtonian Order with the Shadow of the M87 Black Hole, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.14110