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Astrônomos buscam a “teoria de tudo” em raio intergaláctico

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Astrônomos usaram uma rajada de luz de alta energia de uma galáxia distante para testar o tecido do espaço e do tempo. O trabalho é o melhor teste até agora entre tentativas de criar uma “teoria de tudo”. Por enquanto, duas teorias separadas dominam o mundo da física. A relatividade geral explica a gravidade e o movimento de objetos grandes como planetas, estrelas e galáxias, enquanto a mecânica quântica explica o comportamento de coisas muito pequenas como átomos.

As duas teorias funcionam bem para explicar seus mundos respectivos, mas não se integram matematicamente. O problema não pode ser mais fundamental: ambas entendem o espaço e o tempo de forma muito diferente, segundo Giovanni Amelino-Camelia, físico teórico da Universidade de Roma La Sapienza, Itália. “O estudo da estrutura do espaço-tempo numa forma que faz sentido na gravidade quântica começou.”

A diferença é semelhante a aquela entre um oceano e uma praia. A relatividade geral vê o espaço-tempo como um fluido vasto e contínuo, enquanto a mecânica quântica sugere que o mesmo é granuloso como a areia. Algumas versões quânticas da gravidade sugerem que os “grãos” de espaço-tempo, caso existam, seriam pequenos a ponto de quase desaparecerem, medindo cerca de 10-35 metros. Isso tornaria sua detecção quase impossível com instrumentos na Terra.

Mas partículas de luz de alta energia, conhecidas como raios γ, seriam capazes de mostrar a diferença. Os raios γ são fótons poderosos que, supõe-se, surgiram de eventos astronômicos extremos, como colisões de estrelas de nêutrons. Altas energias correspondem a comprimentos curtos de onda, e alguns raios γ são tão curtos em comprimento de onda que poderiam distinguir entre o espaço-tempo arenoso ou fluido.

Se o espaço-tempo for granuloso, então, raios γ de comprimento de onda mais curto podem se chocar com os grãos, que talvez os façam viajar um pouco mais lentos do que raios γ de comprimento de onda mais longos. “O que você precisa realmente é de uma corrida”, afirma Amelino-Camelia.

Corrida Espacial
O estudo, publicado online em 28 de outubro na Nature, relata que um satélite de raios γ em órbita detectou essa corrida em ação. Em 10 de maio deste ano, o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi detectou uma rajada de raios γ vinda de uma galáxia a uma distância de cerca de dois bilhões de parsecs, ou sete bilhões de anos-luz, da Terra. A rajada durou vários segundos, com os raios γ de comprimento de onda mais curtos chegando em torno de 0,829 segundo depois dos primeiros raios terem sido detectados.

Isso é um atraso, mas não o suficiente para sustentar as teorias quânticas mais simples, de acordo com Jonathan Granot, um membro da equipe do telescópio Fermi na Universidade de Hertfordshire, em Hatfield, Reino Unido. Em outras palavras, por enquanto, o espaço-tempo parece ser liso em vez de arenoso.

Granot afirma que está um pouco desapontado pela corrida apenas ter confirmado as teorias existentes. “Se pudéssemos detectar claramente um efeito desse tipo, isso valeria um Prêmio Nobel”, afirma. Mas, acrescenta, qualquer teste de ideias avançadas sobre gravidade quântica é “extremamente proveitoso”. A física fundamental está “se desprendendo muito das observações”, acrescenta. “O mero fato de poder restringir de forma significativa alguns (…) modelos é muito bom.”

O resultado não significa que os melhores esforços para unir a gravidade à mecânica quântica estejam errados. Ainda existem muitas versões da gravidade quântica que não mudariam a velocidade da luz da rajada recente, de acordo com Lee Smolin, físico teórico do Instituto Perimeter, em Waterloo, Ontário, no Canadá.

No entanto, ele afirma que o artigo “é o melhor teste até agora de uma hipótese geral sobre espaço-tempo quântico”. Medições futuras nos próximos anos podem orientar teóricos enquanto tentam unir a gravidade à mecânica quântica. “O estudo da estrutura do espaço-tempo de uma forma significativa na gravidade quântica começou”, afirma Amelino-Camelia.

 

Crédito: Terra

 

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