A compreensão de Einstein sobre a gravidade, conforme descrito em sua teoria geral da relatividade, prevê que todos os objetos caem na mesma taxa, independentemente de sua massa ou composição. Esta teoria passou teste após teste aqui na Terra, mas ainda é verdade para alguns dos objetos mais massivos e densos do universo conhecido, um aspecto da natureza conhecido como Princípio de Equivalência Forte? Uma equipe internacional de astrônomos aplicou a essa pergunta persistente seu teste mais rigoroso de todos os tempos. Suas descobertas, publicado no jornal Natureza , mostram que as percepções de Einstein sobre a gravidade ainda prevalecem, mesmo em um dos cenários mais extremos que o Universo pode oferecer.

Tire todo o ar, e um martelo e uma pena cairão na mesma taxa - um conceito explorado por Galileu no final dos anos 1500 e ilustrado na Lua pelo astronauta da Apollo 15 David Scott.

Embora seja um alicerce da física newtoniana, foi necessária a teoria da gravidade de Einstein para expressar como e por que isso acontece. A data, As equações de Einstein passaram em todos os testes, de cuidadosos estudos de laboratório a observações de planetas em nosso sistema solar. Mas alternativas à teoria geral da relatividade de Einstein prevêem que objetos compactos com gravidade extremamente forte, como estrelas de nêutrons, caem um pouco diferente do que objetos de menor massa. Essa diferença, essas teorias alternativas predizem, seria devido à chamada energia gravitacional de um objeto compacto - a energia gravitacional que o mantém unido.

Em 2011, o Green Bank Telescope (GBT) da National Science Foundation (NSF) descobriu um laboratório natural para testar esta teoria em condições extremas:um sistema estelar triplo chamado PSR J0337 + 1715, localizado a cerca de 4, 200 anos-luz da Terra. Este sistema contém uma estrela de nêutrons em uma órbita de 1,6 dias com uma estrela anã branca, e o par em uma órbita de 327 dias com outra anã branca mais distante.

"Este é um sistema estelar único, "disse Ryan Lynch, do Green Bank Observatory, em West Virginia, e co-autor do artigo. "Não conhecemos nenhum outro semelhante. Isso o torna um laboratório único para testar as teorias de Einstein."

Desde sua descoberta, o sistema triplo foi observado regularmente pelo GBT, o Westerbork Synthesis Radio Telescope na Holanda, e o Observatório Arecibo da NSF em Porto Rico. O GBT gastou mais de 400 horas observando este sistema, pegando dados e calculando como cada objeto se move em relação ao outro.

Como esses telescópios foram capazes de estudar este sistema? Esta estrela de nêutrons em particular é na verdade um pulsar. Muitos pulsares giram com uma consistência que rivaliza com alguns dos relógios atômicos mais precisos da Terra. "Como um dos radiotelescópios mais sensíveis do mundo, o GBT está preparado para captar esses fracos pulsos de ondas de rádio para estudar física extrema, "Lynch disse. A estrela de nêutrons neste sistema pulsa (gira) 366 vezes por segundo.

"Podemos contabilizar cada pulso da estrela de nêutrons desde que começamos nossas observações, "disse Anne Archibald, da Universidade de Amsterdã e do Instituto Holandês de Radioastronomia, e principal autora do artigo." Podemos dizer sua localização a poucas centenas de metros. Essa é uma pista realmente precisa de onde a estrela de nêutrons esteve e para onde está indo. "

Se as alternativas à imagem da gravidade de Einstein estivessem corretas, então, a estrela de nêutrons e a anã branca interna cairiam cada uma de maneira diferente em direção à anã branca externa. "A anã branca interna não é tão massiva ou compacta quanto a estrela de nêutrons, e, portanto, tem menos energia de ligação gravitacional, "disse Scott Ransom, astrônomo do Observatório Nacional de Radioastronomia em Charlottesville, Virgínia, e coautor no artigo.

Por meio de observações meticulosas e cálculos cuidadosos, a equipe conseguiu testar a gravidade do sistema usando apenas os pulsos da estrela de nêutrons. Eles descobriram que qualquer diferença de aceleração entre a estrela de nêutrons e a anã branca interna é pequena demais para ser detectada.

"Se houver uma diferença, não é mais do que três partes em um milhão, "disse a co-autora Nina Gusinskaia, da Universidade de Amsterdã. Isso impõe severas restrições a quaisquer teorias alternativas à relatividade geral.

Este resultado é dez vezes mais preciso que o melhor teste de gravidade anterior, tornando a evidência do Princípio de Equivalência Forte de Einstein muito mais forte. "Estamos sempre procurando por melhores medidas em novos lugares, então nossa busca para aprender sobre novas fronteiras em nosso Universo vai continuar, "concluiu Ransom.