Teste da teoria de Einstein em escala universal tem resultado estranho

Cientistas testaram a Relatividade Geral de Albert Einstein em uma grande escala — a maior já usada para esse tipo de estudo. O objetivo era ver se a teoria apresentaria alguma falha e o resultado foi algo inesperado: Einstein estava certo, mas alguma coisa parece, digamos, “fora do lugar”.

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“Bugs” no universo

Há décadas, os físicos tentam encontrar alguma lacuna ou falha nas teorias gravitacionais de Einstein, pois elas ainda não são compatíveis com a mecânica quântica. A busca por uma possível partícula mediadora da gravidade poderia resolver o problema, mas ela ainda não foi detectada.

Sem nenhuma pista sobre a gravidade quântica (gravitação em escalas muito pequenas), os cientistas só podem observá-la em grande escala: nos objetos que podemos ver, nos planetas, estrelas, asteroides, galáxias, buracos negros e outros corpos do cosmos.

Uma das tentativas de encontrar as lacunas da Relatividade Geral é testá-la em escalas realmente grandes, como galáxias e aglomerados de galáxias. No entanto, a nova pesquisa foi além — a equipe utilizou a maior das escalas já aplicadas a um modelo da gravidade de Einstein.

Além da busca pela gravitação quântica, os cientistas querem resolver o mistério do universo escuro, isto é, a matéria escura e energia escura. Esta última está diretamente relacionada com a tensão de Hubble, um dos maiores problemas da física atual.

O universo está em constante expansão, cada vez mais acelerada. Medições são feitas para calcular a taxa de expansão, mas os diferentes métodos usados trazem resultados diferentes. Isso incomoda os cientistas porque todos esses métodos são eficazes na teoria.

De acordo com os modelos cosmológicos atuais, é por meio da energia escura que o universo se expande. A lógica por trás disso é que a teoria quântica prevê que o espaço vazio está repleto de energia, enquanto Einstein mostrou que a energia do vácuo tem uma gravidade repulsiva.

Uma vez que a energia é repulsiva, ela afasta o espaço vazio entre as galáxias. No entanto, a quantidade de energia necessária para explicar a aceleração é muitas ordens de magnitude menor do que a teoria quântica prevê.

Se isso é verdade, será que o vácuo realmente atua como uma gravidade “ao contrário”? Ou precisamos de uma nova física para explicar a expansão? São perguntas como essa que o novo estudo tenta solucionar aplicando a Relatividade Geral em uma simulação de todo o universo.

Teste sem precedentes da Relatividade Geral

Para investigar o problema, a equipe aplicou as leis básicas da Relatividade Geral, considerando simultaneamente três aspectos dela: a expansão do universo, os efeitos da gravidade sobre a luz e os efeitos da gravidade sobre a matéria.

O modelo computacional usou dados do fundo de radiação cósmica em micro-ondas (a luz remanescente o Big Bang), os catálogos de supernovas e as observações das formas e distribuição de galáxias distantes. Em seguida, compararam esse modelo com a previsão das teorias de Einstein e o modelo conhecido como LCDM.

Nos resultados, a equipe encontrou algo curioso: um sinal de uma possível incompatibilidade com a previsão de Einstein. Nada decisivo e com uma significância estatística baixa, mas ainda assim pode ser uma pequena pista de que a gravidade, talvez, seja diferente em escalas extra-grandes.

Se nos próximos estudos do tipo os resultados persistirem, ou, melhor ainda, apresentarem ainda mais incompatibilidade, significará que a Teoria da Relatividade Geral precisa ser ajustada. Até lá, os cientistas têm muito trabalho a ser feito.

A pesquisa foi publicada na Nature Astronomy.

Fonte: Nature Astronomy, The Conversation