Einstein estava certo: cientistas ‘pesam’ estrela usando gravidade

Cientistas americanos conseguiram, pela primeira vez, estimar a massa de uma estrela anã branca observando a luz desviada pela gravidade, confirmando uma das previsões da Teoria da Relatividade Geral, publicada há cem anos por Albert Einstein (1879-1955). Usando imagens do telescópio Hubble, os astrofísicos conseguiram medir, diretamente e com exatidão milimétrica, a distorção causada por uma estrela diferente do Sol em nossa galáxia, um feito inédito — em linhas gerais, é como se os pesquisadores tivessem conseguido colocar a estrela em uma balança. O estudo com os detalhes do fenômeno, que será publicado na edição desta quinta-feira da revista Science, oferece uma nova ferramenta para determinar a massa de objetos celestes e é fundamental para o conhecimento de anãs brancas, estrelas que são peças-chave para a compreensão do passado e do futuro de galáxias como a nossa.

“O estudo confirma os modelos existentes sobre anãs brancas, o que é muito interessante, pois elas são formadas de matéria que não existe em nosso planeta. As medições nos dizem, portanto, que a física que fazemos está correta e vale para todo o universo”, afirma o astrônomo e físico Gustavo Rojas, da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e membro da comissão de imprensa da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB). “Essa técnica inovadora pode ainda ser usada para a detecção de planetas fora do sistema solar e também para estudos de possíveis candidatos à matéria escura, que forma grande parte do universo e ainda é um mistério para a ciência. Essa matéria vai se manifestar também dessa maneira, fazendo o mesmo tipo de desvio e conseguir observar isso pode ser uma forma de decifrá-la.”

Anel de Einstein

Em 1915, na Teoria da Relatividade Geral, Einstein previu que corpos com grande massa causariam distorções no espaço-tempo (aquilo que os físicos descrevem metaforicamente como o tecido do cosmo, o ambiente dinâmico onde todos os acontecimentos transcorrem). Assim, a luz emitida por uma estrela distante, alinhada atrás de um desses corpos massivos, seria também desviada – o objeto de grande massa funcionaria como uma “lente”, ampliando e deformando a luminosidade da estrela atrás dele. O fenômeno, conhecido como “anel de Einstein”, foi descrito pelo físico em um artigo da Science de 1936, onde ele também afirmava que seria improvável sua observação direta.

Einstein não conseguia imaginar telescópios tão precisos que conseguissem enxergar o fenômeno, e não imaginava que, em 1988, o anel de Einstein seria visto pela primeira vez. Dez anos depois, os astrônomos registraram o evento completo. Desde então, o fenômeno tem sido observado pelos telescópios, geralmente relacionado à deformação causada por galáxias ou aglomerados de galáxias, objetos bastante massivos que fazem com que o evento seja mais facilmente captado pelas lentes dos instrumentos ópticos. A distorção causada por uma anã branca, contudo, é mais “fraca”, já que sua massa é bem menor – seria preciso um telescópio superpotente para captar desvios minúsculos da luz emitida ao fundo. Foi exatamente isso o Hubble conseguiu, pela primeira vez, fornecendo dados para que os cientistas calculassem a massa de uma estrela nesse estágio.

“As lentes do telescópio registraram deslocamentos ínfimos. Para comparar, o que ele viu seria como observar uma moeda de 1 real a uma distância de dezoito quilômetros”, afirma Rojas.

A equipe internacional de cientistas, liderado por Kailash C. Sahu, astrofísico do Space Telescope Science Institute (STScI, na sigla em inglês), vasculhou um catálogo de mais de 5.000 estrelas que pudessem passar por um alinhamento capaz de geral um anel de Einstein. Descobriu que a anã branca Stein 2051b, a 17 anos-luz (cada ano-luz equivale a 9,46 trilhões de quilômetros), estaria nessa posição entre outubro de 2013 e outubro de 2015 com uma outra estrela, a 5.000 anos-luz. Com as imagens do Hubble, os pesquisadores conseguiram determinar que a anã branca tem 68% da massa do Sol. Durante o alinhamento, quase perfeito, ela aparecia 400 vezes mais brilhante que a estrela ao fundo.

“Este é um método direto e independente para determinar a massa de uma estrela”, afirmou Sahu. “É como colocar a estrela em uma balança: o desvio é análogo ao movimento da agulha no mostrador.”

Nova janela para conhecer o cosmo

As medições feitas por Sahu e sua equipe também confirmaram uma teoria proposta em 1935 por Subrahmanyan Chandrasekhar (que ganhou o prêmio Nobel por suas ideias sobre a evolução estelar), que afirma que o raio de uma anã branca é determinada por sua massa – e ainda não havia sido colocada à prova.

“Nosso estudo é uma boa confirmação da teoria de anãs brancas e até nos dá indícios sobre sua composição interna”, afirmou o astrônomo Howard Bond, da Universidade Estadual da Pensilvânia, e um dos autores do estudo, em comunicado.

De acordo com os cientistas, o novo estudo abre uma nova janela para o conhecimento do universo, trazendo informações fundamentais para a compreensão do passado e do futuro das galáxias. Pelo menos 97% das estrelas, incluindo o Sol, são ou serão anãs brancas.

“Uma estrela do tipo anã branca é o resquício do colapso de uma estrela que completou seu ciclo vital de queima de hidrogênio. Como são fósseis de gerações anteriores de estrelas, as anãs brancas são peças-chave para a compreensão da história e evolução de galáxias como a nossa”, afirmou o físico Terry Oswald, da Universidade Aeronáutica Embry-Riddle, em um comentário que acompanha o estudo da Science.

Os resultados da pesquisa foram também apresentados no encontro da Sociedade Astronômica Americana, nos Estados Unidos, nesta quarta-feira.