Visualização do novo medidor desenvolvido para testar as previsões das teorias da gravidade modificadas em comparação com a medição do tamanho da sombra do M87. Crédito:D. Psaltis, UArizona; Colaboração EHT
A teoria da relatividade geral de Einstein - a ideia de que a gravidade é a matéria que distorce o espaço-tempo - resistiu a mais de 100 anos de escrutínio e testes, incluindo o mais recente teste da colaboração Event Horizon Telescope, publicado hoje na última edição da Cartas de revisão física .
De acordo com as descobertas, A teoria de Einstein ficou 500 vezes mais difícil de vencer.
Apesar de seus sucessos, A teoria robusta de Einstein permanece matematicamente irreconciliável com a mecânica quântica, a compreensão científica do mundo subatômico. Testar a relatividade geral é importante porque a teoria definitiva do universo deve abranger a gravidade e a mecânica quântica.
"Esperamos que uma teoria da gravidade completa seja diferente da relatividade geral, mas há muitas maneiras de modificá-lo. Descobrimos que qualquer que seja a teoria correta, não pode ser significativamente diferente da relatividade geral quando se trata de buracos negros. Nós realmente reduzimos o espaço de possíveis modificações, "disse o professor de astrofísica do UArizona Dimitrios Psaltis, que até recentemente era o cientista do projeto da colaboração Event Horizon Telescope. Psaltis é o autor principal de um novo artigo que detalha as descobertas dos pesquisadores.
"Esta é uma maneira totalmente nova de testar a relatividade geral usando buracos negros supermassivos, "disse Keiichi Asada, membro do conselho científico do EHT e especialista em observações de buracos negros no rádio para o Instituto de Astronomia e Astrofísica da Academia Sinica.
Simulação do buraco negro M87 mostrando o movimento do plasma enquanto ele gira em torno do buraco negro. O anel fino e brilhante que pode ser visto em azul é a borda do que chamamos de sombra do buraco negro. Crédito:L. Medeiros; C. Chan; D. Psaltis; F. Özel; UArizona; IAS.
Para realizar o teste, a equipe usou a primeira imagem já tirada do buraco negro supermassivo no centro da galáxia M87 obtida com o EHT no ano passado. Os primeiros resultados mostraram que o tamanho da sombra do buraco negro era consistente com o tamanho previsto pela relatividade geral.
"Naquela hora, não fomos capazes de fazer a pergunta oposta:Quão diferente pode uma teoria da gravidade ser da relatividade geral e ainda ser consistente com o tamanho da sombra? "disse o UArizona Steward Theory Fellow Pierre Christian. observações a fim de selecionar algumas das alternativas. "
A equipe fez uma análise muito ampla de muitas modificações na teoria da relatividade geral para identificar a característica única de uma teoria da gravidade que determina o tamanho da sombra de um buraco negro.
"Desta maneira, agora podemos identificar se alguma alternativa à relatividade geral está de acordo com as observações do Event Horizon Telescope, sem se preocupar com quaisquer outros detalhes, "disse Lia Medeiros, uma pós-doutoranda no Institute for Advanced Study que faz parte da colaboração EHT desde seu tempo como estudante de graduação no UArizona.
A equipe se concentrou na gama de alternativas que passaram em todos os testes anteriores do sistema solar.
Ilustração das diferentes intensidades dos campos gravitacionais sondados por cosmológicos, testes do sistema solar e do buraco negro. Crédito:D. Psaltis, UArizona; NASA / WMAP; ESA / Cassini; Colaboração EHT
"Usando o medidor que desenvolvemos, mostramos que o tamanho medido da sombra do buraco negro em M87 restringe a margem de manobra para modificações na teoria da relatividade geral de Einstein por quase um fator de 500, em comparação com os testes anteriores no sistema solar, "disse o professor de astrofísica do UArizona, Feryal Özel, um membro sênior da colaboração EHT. "Muitas maneiras de modificar a relatividade geral falham neste novo e mais rígido teste de sombra de buraco negro."
"As imagens do buraco negro fornecem um ângulo completamente novo para testar a teoria da relatividade geral de Einstein, "disse Michael Kramer, diretor do Instituto Max Planck de Radioastronomia e membro colaborador do EHT.
"Juntamente com as observações das ondas gravitacionais, isso marca o início de uma nova era na astrofísica de buracos negros, "Psaltis disse.
Testar a teoria da gravidade é uma busca contínua:as previsões da relatividade geral para vários objetos astrofísicos são boas o suficiente para os astrofísicos não se preocuparem com quaisquer diferenças potenciais ou modificações na relatividade geral?
"Sempre dizemos que a relatividade geral passou em todos os testes com louvor - se eu ganhasse um centavo cada vez que ouço isso, "Disse Özel." Mas é verdade, quando você faz certos testes, você não vê que os resultados se desviam do que a relatividade geral prevê. O que estamos dizendo é que, embora tudo isso esteja correto, pela primeira vez, temos um medidor diferente pelo qual podemos fazer um teste 500 vezes melhor, e esse medidor é o tamanho da sombra de um buraco negro. "
Próximo, a equipe de EHT espera imagens de maior fidelidade que serão capturadas pelo conjunto expandido de telescópios, que inclui o telescópio da Groenlândia, o telescópio de 12 metros em Kitt Peak perto de Tucson, e o Northern Extended Millimeter Array Observatory na França.
"Quando obtemos uma imagem do buraco negro no centro de nossa própria galáxia, então podemos restringir desvios da relatividade geral ainda mais, "Özel disse.
Einstein ainda estará certo, então?
