Tecnologia Científica

Cataclismo ca³smico permite teste preciso da relatividade geral
O GR foi testado e testado novamente em várias situaa§aµes físicas e em muitas escalas diferentes e, postulando que a velocidade da luz éconstante, sempre se previa de maneira excepcional os resultados experimentais.
Por Max Planck Society - 09/07/2020


Impressão arta­stica de uma explosão de raios gama observada pelo sistema de telesca³pio MAGIC e observata³rios de satanãlite. Crédito: Superbossa.com e Alice Donini

Em 2019, os telesca³pios MAGIC detectaram o primeiro raio gama estourado com energias muito altas. Essa foi a radiação gama mais intensa já obtida de um objeto tão ca³smico. Mas os dados do GRB tem mais a oferecer: com análises adicionais, os cientistas do MAGIC agora podem confirmar que a velocidade da luz éconstante no va¡cuo - e não depende de energia. Assim, como muitos outros testes, os dados da GRB também corroboram a teoria da relatividade geral de Einstein. O estudo já foi publicado em Physical Review Letters .

A relatividade geral de Einstein (GR) éuma bela teoria que explica como massa e energia interagem com o Espaço-tempo , criando um fena´meno conhecido como gravidade. O GR foi testado e testado novamente em várias situações físicas e em muitas escalas diferentes e, postulando que a velocidade da luz éconstante, sempre se previa de maneira excepcional os resultados experimentais. No entanto, os fa­sicos suspeitam que o GR não seja a teoria mais fundamental e que possa existir uma descrição meca¢nica qua¢ntica subjacente da gravidade, conhecida como gravidade qua¢ntica (QG).

Algumas teorias de QG consideram que a velocidade da luz pode depender da energia. Esse fena´meno hipotanãtico échamado de violação de invaria¢ncia de Lorentz (LIV). Pensa-se que seus efeitos são muito pequenos para serem medidos, a menos que sejam acumulados por um período muito longo. Então, como conseguir isso? Uma solução éusar sinais de fontes astrona´micas de raios gama. Explosaµes de raios gama (GRBs) são explosaµes ca³smicas poderosas e distantes, que emitem sinais altamente varia¡veis ​​e extremamente energanãticos. Sa£o, portanto, excelentes laboratórios para testes experimentais de QG. Espera-se que os fa³tons com maior energia sejam mais influenciados pelos efeitos do QG, e deve haver muitos; estes viajam bilhaµes de anos antes de chegar a  Terra, o que aumenta o efeito.

GRBs são detectados diariamente com detectores de satanãlite, que observam grandes porções do canãu, mas com energias mais baixas do que os telesca³pios terrestres como o MAGIC. Em 14 de janeiro de 2019, o sistema de telesca³pio MAGIC detectou o primeiro GRB no doma­nio das energias teraelanãtricas-volts (TeV, 1000 bilhaµes de vezes mais energanãtico que a luz visível), registrando, portanto, de longe os fa³tons mais energanãticos já observados de um objeto desse tipo. Maºltiplas análises foram realizadas para estudar a natureza desse objeto e a radiação de energia muito alta.

Tomislav Terzic, pesquisador da Universidade de Rijeka, diz: "Nenhum estudo de LIV foi realizado com dados de GRB na faixa de energia TeV, simplesmente porque não existiam esses dados atéagora. Por mais de vinte anos esta¡vamos prevendo que tal observação poderia aumentar a sensibilidade aos efeitos do LIV, mas não poda­amos dizer quanto atéver os resultados finais de nossa análise. Foi um período muito emocionante ".

O sistema de telesca³pios MAGIC no Observatório Roque de los Muchachos, La Palma,
Ilhas Cana¡rias, Espanha. Crédito: Giovanni Ceribella / Colaboração MAGIC


Naturalmente, os cientistas do MAGIC queriam usar essa observação única para caçar os efeitos da QG. No ina­cio, eles enfrentaram um obsta¡culo: o sinal que foi gravado com os telesca³pios MAGIC decaiu monotonicamente com o tempo. Embora essa tenha sido uma descoberta interessante para os astrofisicos estudando GRBs, não foi favora¡vel para o teste LIV. Daniel Kerszberg, pesquisador do IFAE em Barcelona, ​​disse: "ao comparar os tempos de chegada de dois raios gama de energias diferentes, supaµe-se que eles foram emitidos instantaneamente da fonte. No entanto, nosso conhecimento de processos em objetos astrona´micos ainda não épreciso o suficiente. para identificar o tempo de emissão de qualquer fa³ton. "
 
Tradicionalmente, os astrofisicos dependem de variações reconheca­veis do sinal para restringir o tempo de emissão de fa³tons. Um sinal que muda monotonicamente não possui esses recursos. Assim, os pesquisadores usaram um modelo tea³rico, que descreve a emissão esperada de raios gama antes dos telesca³pios MAGIC comea§arem a observar. O modelo inclui um rápido aumento do fluxo, o pico de emissão e um decaimento monota´nico como o observado pelo MAGIC. Isso proporcionou aos cientistas uma ala§a para realmente caçar o LIV.

Uma análise cuidadosa não revelou atraso de tempo dependente de energia nos tempos de chegada dos raios gama. Einstein ainda parece manter a linha. "Isso, no entanto, não significa que a equipe do MAGIC tenha ficado de ma£os vazias", disse Giacomo D'Amico, pesquisador do Instituto Max Planck de Fa­sica, em Munique; "fomos capazes de estabelecer fortes restrições na escala de energia QG". Os limites estabelecidos neste estudo são compara¡veis ​​aos melhores limites disponí­veis obtidos usando observações GRB com detectores de satanãlite ou observações terrestres de núcleos gala¡cticos ativos.

Cedric Perennes, pesquisador de pa³s-doutorado da Universidade de Pa¡dua, acrescentou: "Ficamos todos muito felizes e sentimos o privilanãgio de poder realizar o primeiro estudo sobre violação de invaria¢ncia de Lorentz já realizado nos dados de GRB na faixa de energia TeV e abrir a porta" para estudos futuros! "

Em contraste com os trabalhos anteriores, este foi o primeiro teste realizado em um sinal GRB com energia de TeV. Com este estudo seminal, a equipe do MAGIC estabeleceu um ponto de apoio para pesquisas futuras e testes ainda mais rigorosos da teoria de Einstein no século XXI. Oscar Blanch, porta-voz da colaboração MAGIC, concluiu: "Desta vez , observamos um GRB relativamente pra³ximo. Esperamos em breve capturar eventos mais brilhantes e distantes, o que permitiria testes ainda mais sensa­veis".

 

.
.

Leia mais a seguir