Astrônomos capturaram uma estrela que praticamente arrasta o espaço-tempo - Mistérios do Universo

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31 de janeiro de 2020

Astrônomos capturaram uma estrela que praticamente arrasta o espaço-tempo

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Uma das previsões da teoria geral da relatividade de Einstein é que qualquer corpo em rotação arrasta o próprio tecido do espaço-tempo ao seu redor. Isso é conhecido como "arrasto de referências".



Na vida cotidiana, o arrasto de referências é indetectável e inconsequente, pois o efeito é ridiculamente pequeno. A detecção do arrasto de quadros causado pelo giro da Terra inteira requer satélites como o Gravity Probe B, de US $ 750 milhões, e a detecção de alterações angulares nos giroscópios equivalentes a apenas um grau a cada 100.000 anos.

Felizmente para nós, o Universo contém muitos laboratórios gravitacionais de ocorrência natural, onde os físicos podem observar as previsões de Einstein em ação com detalhes requintados.

A pesquisa de nossa equipe, publicada hoje na Science, revela evidências de arrasto de referências em uma escala muito mais perceptível, usando um radiotelescópio e um par único de estrelas compactas sibilando umas às outras em velocidades vertiginosas.

O movimento dessas estrelas teria deixado os astrônomos perplexos no tempo de Newton, pois elas claramente se movem em um espaço-tempo distorcido, o que requer a teoria geral da relatividade de Einstein para explicar suas trajetórias.

Uma ilustração do arrasto de referências. (Mark Myers / OzGrav ARC Centro de Excelência)

A relatividade geral é o fundamento da moderna teoria gravitacional. Explica o movimento preciso das estrelas, planetas e satélites e até o fluxo do tempo. Uma de suas previsões menos conhecidas é que corpos giratórios arrastam o espaço-tempo com eles. Quanto mais rápido um objeto gira e quanto mais massivo, mais poderoso é o arrasto.

Um tipo de objeto para o qual isso é muito relevante é chamado de anã branca . Estes são os núcleos que sobraram das estrelas mortas que já foram várias vezes a massa do nosso Sol, mas que desde então esgotaram seu combustível de hidrogênio.

O que resta é semelhante em tamanho à Terra, mas centenas de milhares de vezes mais massivo. As anãs brancas também podem girar muito rapidamente, girando a cada minuto ou dois, em vez de a cada 24 horas como a Terra.

O arrasto causado por uma anã branca seria cerca de 100 milhões de vezes mais poderoso que o da Terra.

Está tudo bem, mas não podemos voar para uma anã branca e lançar satélites em torno dela. Felizmente, porém, a natureza é gentil com os astrônomos e tem sua própria maneira de nos deixar observá-los, através de estrelas em órbita chamadas pulsares.

Vinte anos atrás, o radiotelescópio Parkes da CSIRO descobriu um par estelar único constituído por uma anã branca (aproximadamente do tamanho da Terra, mas cerca de 300.000 vezes mais pesada) e um rádio pulsar (apenas o tamanho de uma cidade, mas 400.000 vezes mais pesado).

Comparado com as anãs brancas, os pulsares estão em outra categoria. Eles são feitos não de átomos convencionais, mas de nêutrons bem juntos, tornando-os incrivelmente densos. Além disso, o pulsar em nosso estudo gira 150 vezes por minuto.

Isso significa que, 150 vezes a cada minuto, um "farol" de ondas de rádio emitidas por esse pulsar passa por nosso ponto de vista aqui na Terra. Podemos usar isso para mapear o caminho do pulsar à medida que orbita a anã branca, cronometrando quando seu pulso chega ao nosso telescópio e conhecendo a velocidade da luz. Este método revelou que as duas estrelas orbitam uma à outra em menos de 5 horas.

Esse par, oficialmente chamado PSR J1141-6545, é um laboratório gravitacional ideal.

Mapear a evolução das órbitas não é para os impacientes, mas as medidas dos astrônomos foram ridiculamente precisas. Embora o PSR J1141-6545 esteja a várias centenas de quatrilhões de quilômetros de distância (um quatrilhão é um milhão de bilhões), sabemos que o pulsar gira 2,5387230404 vezes por segundo e que sua órbita está caindo no espaço.

Isso significa que o plano de sua órbita não é fixo, mas está girando lentamente.

Como esse sistema se formou?

Quando nascem pares de estrelas, a mais massiva morre primeiro, criando frequentemente uma anã branca. Antes que a segunda estrela morra, ela transfere matéria para a companheira anã branca.

Um disco se forma quando esse material cai em direção à anã branca e, ao longo de dezenas de milhares de anos, acelera a anã branca, até girar a cada poucos minutos.

Uma anã branca sendo ativada pela transferência de matéria de sua companheiro. (Centro de Excelência ARC para Descoberta de Ondas Gravitacionais)

Em casos raros como este, a segunda estrela pode explodir em uma supernova, deixando para trás um pulsar. A anã branca que gira rapidamente arrasta o espaço-tempo, fazendo com que o plano orbital do pulsar se incline à medida que é arrastado. Essa inclinação é o que observamos através do mapeamento do paciente da órbita do pulsar.

O próprio Einstein pensou que muitas de suas previsões sobre espaço e tempo nunca seriam observáveis. Mas, nos últimos anos, houve uma revolução na astrofísica extrema, incluindo a descoberta de ondas gravitacionais e a imagem de uma sombra de buraco negro com uma rede mundial de telescópios. Essas descobertas foram feitas por instalações de bilhões de dólares.

Felizmente, ainda existe um papel na exploração da relatividade geral para os radiotelescópios de 50 anos, como o de Parkes, e para campanhas de pacientes de gerações de estudantes de pós-graduação.

Matthew Bailes, bolsista do ARC, Swinburne University of Technology., Swinburne University of Technology e Vivek Venkatraman Krishnan, equipe científica do Instituto Max Planck .

Este artigo foi republicado da The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
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