Como a gravitação de Einstein ressurgiu na década de 1960

por João Paulo Morais

Apesar de seu grande sucesso, a relatividade geral de Albert Einstein passou umas boas décadas sendo o patinho feio das áreas de pesquisa em física. Formulada em 1915, até a década de 1960 eram poucos os cientistas que se dedicavam ao seu estudo, e com uma certa razão de ser. Em primeiro lugar, era (e até hoje continua sendo) necessário um estudo de ferramentas matemáticas que são um pouco difíceis de compreender quando vistas pela primeira vez. Em segundo lugar, e essa é razão principal, sua aplicabilidade parecia muito limitada.

Em geral, os fenômenos celestes podem ser estudados utilizando a mecânica Newtoniana, e a teoria de Einstein é relevante em apenas alguns poucos fenômenos. De fato, até a década de 60 haviam apenas 3 observações astronômicas que corroboravam a veracidade da teoria, sendo as mais importantes delas a explicação do avanço do periélio do planeta Mercúrio e o desvio da luz das estrelas cuja trajetória passava próximo ao sol. Fora isso, era observacionalmente inviável discernir entre as previsões da teoria de Einstein e a teoria de gravitação de Newton.

O panorama somente começou a mudar a partir da década de 60 com a descoberta de objetos estranhos e/ou altamente energéticos cuja explicação deveria ser buscada em teorias gravitacionais além da gravitação de Newton. A observação dos pulsares e quasares, basicamente, reviveram o interesse dos físicos na teoria da relatividade geral. Ambas as descobertas revelaram-se uma surpresa e mudaram radicalmente o status quo da relatividade geral como uma disciplina de pesquisa.

Pulsares, sabemos hoje, são estrelas compostas basicamente de nêutrons (um nêutron é uma partícula nuclear que, juntamente com o próton, compõe o núcleo atômico) em alta rotação, enquanto um quasar é um objeto altamente energético cuja energia emitida é fruto de matéria espiralando para dentro de um buraco negro, no que é chamado de um disco de acreção. Quando descobertos, no entanto, ambos os objetos foram alvos de diversas especulações no meio científico.

Os pulsares têm uma história inusitada. Sua rotação era tão rápida e tão sincronizada que seus descobridores acreditaram tratar-se de informação emitida por uma civilização alienígena, de forma que seu primeiro nome foi um acrônimo, LGM, de Little Green Men, ou pequenos homens verdes, provavelmente uma alusão aos marcianos como vistos em filmes. Já os quasares eram tão energéticos que os astrofísicos não tinham realmente ideia de qual a origem de sua fonte de energia. Desnecessário dizer que naquela época não eram muitos os astrofísicos que realmente acreditavam na existência de buracos negros.

Previstos originalmente em 1916, os buracos negros pareciam mais uma curiosidade teórica das equações de Einstein do que um verdadeiro objeto astrofísico. Um dos maiores astrônomos da época e especialista na teoria gravitacional de Einstein, Sir Arthur Eddington, um dos maiores responsáveis pela divulgação e pela aceitação da teoria de Einstein no meio astronômico, era radicalmente contrário à existência de buracos negros. Para ele, a natureza nunca permitiria a existência de um objeto astrofísico destes. O respeito que a comunidade científica tinha por Eddington era tão grande que o que quer que este homem acreditasse se tornava consenso no meio acadêmico.

Por que a astronomia levou tanto tempo para se importar com a teoria de Einstein, e por que os astrônomos levaram tanto tempo para descobrir tais objetos astrofísicos como pulsares e quasares? A resposta é tecnológica; foi preciso a invenção de dois novos tipos de telescópios: os radiotelescópios e as observações em raio X. Muita gente pensa que os famosos raios X são uma espécie fantasmagórica de raios que são gerados misteriosamente por alguma máquina e atravessam nosso corpo permitindo que possamos fotografar nossos ossos. Na verdade, tanto as ondas de rádio quanto a luz visível e os raios X são o mesmo exato fenômeno: radiação eletromagnética. O que varia é a frequência (energia) da radiação. Ondas de rádio são bem fracas energeticamente, enquanto raios X são bem fortes. E aí entra o problema.

Como ondas de rádio são bem fracas, você precisa construir grandes antenas para poder ver (ou “ouvir”) as fontes de rádio, e os pulsares emitem basicamente na região do rádio. Foi com o desenvolvimento tecnológico gerado pela segunda guerra mundial, na construção de radares, que a radioastronomia pode se desenvolver rapidamente após o desfecho da segunda guerra. A construção de antenas voltadas principalmente para o estudo das ondas de rádio emitidas por objetos celestes deu origem a essa nova área da astronomia conhecida como radioastronomia.

De forma oposta, as ondas de raio X são altamente energéticas, de forma que você deveria pensar que deveríamos poder enxergá-las com facilidade, não? Felizmente não. Se ondas de raio X chegassem facilmente até a superfície da Terra estaríamos todos, literalmente, fritos. A atmosfera terrestre é responsável por bloquear tais raios e impedir que eles atinjam a superfície e impossibilitem a vida na Terra, de forma que se quisermos observar (ou ser atingidos) pelos raios X emitidos por objetos astrofísicos precisamos ir para além da atmosfera celeste; mais precisamente, precisamos construir detectores e enviar tais detectores em satélites para o espaço.

Ironicamente, a tecnologia necessária para isso também é fruto da segunda guerra, na busca dos países pela construção de mísseis cada vez mais poderosos com o objeto de levar bombas até o país inimigo. Com o fim da guerra, o uso de tais foguetes passou a ser utilizado também para o lançamento de satélites com fins científicos, e os cientistas puderam enviar detectores de raios X para o espaço. Antes de tais desenvolvimentos, as observações em raio X eram feitas com o uso de balões, que nem voam tão alto, nem tem precisão o suficiente e nem podem carregar equipamentos tão pesados.

Com a descoberta dos pulsares e quasares, a existência dos tais buracos negros passaram a ser não apenas possíveis, como prováveis, e a teoria da gravitação de Einstein deixou de ser uma mera curiosidade teórica para tornar-se uma poderosa ferramenta no estudo de tais objetos astrofísicos de alta rotação ou altamente energéticos, que não poderiam ser plenamente compreendidos pela teoria gravitacional de Newton. Albert Einstein não estava mais vivo para presenciar tal ressurgimento de sua própria teoria, porém seu legado é uma demonstração de como as ideias muitas vezes estão a frente de seu próprio tempo.

João Paulo Morais é astrônomo formado pela Universidade Federal do Rio de Janeiro e doutor em física pela Universidade Federal da Paraíba.

Imagem: Primeira imagem de um buraco negro supermassivo, fruto do programa The Event Horizon Telescope (EHT).

Author: João Paulo Morais

Bacharel em Astronomia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro. Mestre e doutor em física pela Universidade Federal da Paraíba, com estágio de doutoramento na Jacobs University, Bremen.

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