Há um problema estranho e irritante com nossa compreensão das leis da natureza que os físicos tentam explicar há décadas. É sobre eletromagnetismo, a lei de como os átomos e a luz interagem, o que explica tudo, desde por que você não cai no chão até por que o céu é azul.

Nossa teoria do eletromagnetismo é sem dúvida a melhor teoria física que os humanos já fizeram – mas não tem resposta para por que o eletromagnetismo é tão forte quanto é. Apenas experimentos podem dizer a força do eletromagnetismo, que é medida por um número chamado ? (também conhecido como alfa, ou constante de estrutura fina ).

O físico americano Richard Feynman, que ajudou a criar a teoria, chamou isso de "um dos maiores mistérios da física" e exortou os físicos a "colocar esse número na parede e se preocupar com isso".

Em uma pesquisa recém-publicada na Science , decidimos testar se ? é o mesmo em diferentes lugares da nossa galáxia estudando estrelas que são gêmeas quase idênticas do nosso sol. Se ? é diferente em lugares diferentes, isso pode nos ajudar a encontrar a teoria final, não apenas do eletromagnetismo, mas de todas as leis da natureza juntas - a "teoria de tudo".

Os físicos realmente querem uma coisa: uma situação em que nossa compreensão atual da física se desfaça. Nova física. Um sinal que não pode ser explicado pelas teorias atuais. Um poste de sinalização para a teoria de tudo.

Para encontrá-lo, eles podem esperar no subsolo de uma mina de ouro para que partículas de matéria escura colidam com um cristal especial. Ou eles podem cuidar cuidadosamente dos melhores relógios atômicos do mundo por anos para ver se eles mostram o tempo ligeiramente diferente. Ou esmague prótons em (quase) a velocidade da luz no anel de 27 km do Grande Colisor de Hádrons .

O problema é que é difícil saber onde procurar. Nossas teorias atuais não podem nos guiar.

Claro, procuramos em laboratórios na Terra, onde é mais fácil pesquisar minuciosamente e com mais precisão. Mas isso é um pouco como o bêbado apenas procurando suas chaves perdidas debaixo de um poste de luz quando, na verdade, ele poderia tê-las perdido do outro lado da estrada, em algum canto escuro.

Decidimos olhar além da Terra, além do nosso sistema solar , para ver se as estrelas que são gêmeas quase idênticas do nosso sol produzem o mesmo arco-íris de cores. Átomos nas atmosferas das estrelas absorvem parte da luz lutando para fora das fornalhas nucleares em seus núcleos.

Apenas certas cores são absorvidas, deixando linhas escuras no arco-íris. Essas cores absorvidas são determinadas por ? – portanto, medir as linhas escuras com muito cuidado também nos permite medir ?.

O problema é que as atmosferas das estrelas estão se movendo – fervendo, girando, dando voltas, arrotando – e isso muda as linhas. As mudanças prejudicam qualquer comparação com as mesmas linhas em laboratórios na Terra e, portanto, qualquer chance de medir ?. As estrelas, ao que parece, são lugares terríveis para testar o eletromagnetismo.

Mas nos perguntamos: se você encontrar estrelas muito semelhantes – gêmeas umas das outras – talvez suas cores escuras e absorvidas também sejam semelhantes. Então, em vez de comparar estrelas com laboratórios na Terra, comparamos gêmeos do nosso sol entre si.

Nossa equipe de estudantes, pós-doutorandos e pesquisadores seniores, da Swinburne University of Technology e da University of New South Wales, mediu o espaçamento entre pares de linhas de absorção em nosso sol e 16 "gêmeas solares" - estrelas quase indistinguíveis do nosso sol.

Os arco-íris dessas estrelas foram observados no telescópio de 3,6 metros do Observatório Europeu do Sul (ESO) no Chile. Embora não seja o maior telescópio do mundo, a luz que ele coleta é alimentada provavelmente no espectrógrafo mais bem controlado e mais bem compreendido: o HARPS . Isso separa a luz em suas cores, revelando o padrão detalhado de linhas escuras.

O HARPS passa a maior parte do tempo observando estrelas parecidas com o Sol para procurar planetas. Com facilidade, isso forneceu um tesouro com exatamente os dados de que precisávamos.

A partir desses espectros requintados, mostramos que ? era o mesmo nos 17 gêmeos solares com uma precisão surpreendente: apenas 50 partes por bilhão. Isso é como comparar sua altura com a circunferência da Terra. É o teste astronômico mais preciso de ? já realizado.

Infelizmente, nossas novas medições não quebraram nossa teoria favorita. Mas as estrelas que estudamos estão todas relativamente próximas, a apenas 160 anos-luz de distância.

Recentemente, identificamos novos gêmeos solares muito mais distantes, a meio caminho do centro de nossa galáxia Via Láctea.

Nesta região, deve haver uma concentração muito maior de matéria escura – uma substância indescritível que os astrônomos acreditam que se esconde por toda a galáxia e além. Como ?, sabemos muito pouco sobre a matéria escura, e alguns físicos teóricos sugerem que as partes internas de nossa galáxia podem ser apenas o canto escuro que devemos procurar por conexões entre esses dois "malditos mistérios da física".

Se pudermos observar esses sóis muito mais distantes com os maiores telescópios ópticos, talvez encontremos as chaves do universo.