Já estamos prontos para descartar a teoria do Big Bang?

Teoria de Eddington

Um grupo de físicos portugueses está propondo que o Sol seja usado para testar algumas teorias alternativas à Teoria da Relatividade Geral de Einstein.

Jordi Casanellas e seus colegas da Universidade Técnica de Lisboa afirmam que uma teoria proposta há mais de um século por Arthur Eddington não foi totalmente descartada pelas observações recentes dos neutrinos solares e das ondas acústicas solares.

E, segundo eles, uma variante da teoria de Eddington pode ajudar a resolver algumas das deficiências das teorias atuais .

Problemas da Teoria da Relatividade

A Teoria da Relatividade Geral, que descreve a gravidade como a curvatura do espaço-tempo por corpos celestes de grande massa, tem passado por todos os testes aos quais tem sido submetida ao longo dos anos.

Mas isto não significa que ela não tenha problemas.

Além da bem conhecida dificuldade de unificação com a mecânica quântica e das ainda pendentes explicações para a matéria e a energia escuras, há o problema bem mais sério das singularidades, onde as leis da física simplesmente se esfacelam.

Buracos negros e Big Bang

Em 2010, Máximo Bañados (Universidade Católica do Chile) e Pedro Ferreira (Universidade de Oxford) propuseram uma variante da teoria de Eddington que adiciona um termo gravitacional repulsivo para a teoria da relatividade.

Mas o que parece ser a simples adição de mais um membro a uma equação tem um efeito devastador sobre o entendimento mais geral do cosmo.

Esse termo gravitacional repulsivo não apenas elimina a necessidade das singularidades - ele descarta a formação dos buracos negros e a ideia de que o Universo teria surgido de um Big Bang.

Sol como laboratório

Quando tenta interpretar um campo gravitacional em um vácuo, essa teoria inspirada em Eddington é equivalente à teoria da relatividade. Mas ela prevê efeitos diferentes para a gravidade agindo no interior da matéria.

O lugar ideal para testar essas diferenças seria o interior de estrelas de nêutrons.

Embora se acredite que estrelas de nêutrons possam acordar o vácuo quântico, não se sabe o suficiente a respeito delas para comparar as duas teorias. Por exemplo, recentemente foi encontrada uma estrela de nêutrons cuja existência os astrônomos acreditavam ser impossível.

Entra em cena então a proposta de Casanellas e seus colegas portugueses: usar o Sol.

Mesmo sendo uma fonte de gravidade muito menos extrema do que uma estrela de nêutrons, o funcionamento do interior do Sol já é razoavelmente bem descrito pelos modelos solares.

O grupo de Casanellas calculou que, mesmo em sua forma newtoniana, não-relativística, a teoria derivada de Eddington prevê diferenças quantificáveis nas emissões solares em comparação com a teoria gravitacional padrão, desenvolvida por Einstein.

Constante gravitacional na matéria

O termo gravitacional repulsivo na teoria de Bañados e Ferreira, afirmam eles, seria equivalente a dar um valor diferente para a constante gravitacional no interior da matéria.

E intensidades diferentes da gravidade no interior do Sol devem resultar em diferenças em sua temperatura interna, uma vez que se assume que o Sol está em equilíbrio hidrostático - a pressão para dentro de sua massa é equilibrada pela pressão para fora gerada pelas reações de fusão nuclear em seu interior.

Uma temperatura mais elevada implica uma maior taxa de fusão nuclear, o que, por sua vez, implica em uma maior taxa de emissão de neutrinos solares, algo diretamente mensurável.

E não apenas isso: uma força da gravidade maior no interior do Sol implica em uma variação na sua distribuição de densidade, o que deve modificar a propagação das ondas acústicas em seu interior, o que pode ser medido com as técnicas da heliossismologia.

Todos esses dados já estão disponíveis. Contudo, eles colocam sérias restrições à nova teoria, impondo limites muito estreitos para seus valores.

Mas não a descartam, afirmam os pesquisadores, salientando que os dados apenas colocam limites para a nova teoria.

Um teste mais rigoroso exigiria melhorias nos modelos solares, incluindo a abundância de hélio na superfície do Sol, ou medições mais precisas dos fluxos de neutrinos.

Para apenas fazer o teste já é por si um enorme avanço, demonstrando que nossa estrela - tão pequena em termos cósmicos - pode ser usada para fazer experimentos de teorias com potencial de explicação em termos universais.

Esfera no buraco

Paolo Pani, um dos membros da equipe, sugere um teste alternativo, aqui na Terra mesmo.

Para ele, tanto a teoria derivada de Eddington, quanto outras teorias alternativas da gravidade, poderiam ser testadas medindo a atração gravitacional entre uma esfera de metal inserida em um buraco no solo e a massa da Terra ao seu redor.

A ideia é fazer um buraco onde coubesse apenas a esfera, e nada mais, com uma precisão gigantesca, de forma que a medição mostrasse apenas a intensidade da gravidade no interior da matéria, e não no vazio ao seu redor - no caso, no ar.

Entretanto, o próprio Pani concorda que projetar esse experimento apresenta desafios consideráveis.

Não poderia ser diferente para alguém que tenha a pretensão de desbancar uma das teorias de maior sucesso até hoje.

Sim, as estrelas piscam. Que mudem as teorias

O piscar das estrelas, uma impressão produzida pela atmosfera terrestre - e isto continua sendo uma impressão - mostrou ser um fato real no caso das estrelas-bebês, ainda em processo de gestação. [Imagem: ESA/PACS/NASA/JPL-Caltech/IRAM]

Região de formação de estrelas

Uma equipe de astrônomos detectou, através dos telescópios espaciais Herschel, da ESA e Spitzer da NASA, mudanças surpreendentemente rápidas no brilho de estrelas embrionárias dentro da bem-conhecida Nebulosa de Órion.

As imagens obtidas pelo detector de infravermelho do Herschel, e por dois instrumentos do Spitzer, trabalhando em comprimentos de onda mais curtos, mostram uma imagem mais detalhada das estrelas em formação no coração deste que se tem como um dos objetos mais estudados pelos astrônomos.

A 1.350 anos-luz da Terra, esta é uma das poucas nebulosas visíveis a olho nu.

Ela contém a região de formação de grandes estrelas mais próxima da Terra, com uma luz ultravioleta intensa proveniente das estrelas jovens e quentes que transformam gases e poeira em uma zona brilhante.

Nascimento de uma estrela

O que agora se descobriu é que, dentro dessa poeira - oculta aos comprimentos de onda visíveis - há uma série de estrelas ainda mais jovens, na primeira fase da sua evolução.

A nova combinação de imagens de infravermelho longo e médio penetrou através da poeira obscura e revelou essas estrelas embrionárias.

Uma estrela se forma, acreditam os astrônomos, quando uma densa nuvem de gás e poeira se funde e colapsa sob a sua própria gravidade, criando uma proto-estrela quente central, rodeada por um disco em espiral e envolvida por um halo maior.

Grande parte desse material vai-se juntando em um redemoinho ao longo de centenas de milhares de anos, antes de ser acionada a fusão nuclear no coração da estrela, e esta se tornar uma estrela de pleno direito.

Alguns dos gases e da poeira remanescentes no disco podem passar a formar um sistema planetário - como se acredita ter acontecido com o nosso Sistema Solar.

Estrelas que piscam

Uma equipe de astrônomos liderados por Nicolas Billot, do Instituto de Radioastronomia Milimétrica, na Espanha, usou o telescópio Herschel para "fotografar" a Nebulosa de Órion uma vez por semana, durante seis semanas, no inverno e primavera do ano passado.

A câmara fotodetectora e o espectrômetro PACS do Herchel detectaram poeiras de partículas frias rodeando as proto-estrelas mais jovens em comprimentos de onda de infravermelho longo.

Estas observações foram combinadas com imagens de arquivo do Spitzer, obtidas em comprimentos de onda na zona dos infravermelhos curtos e médios, que mostram objetos mais velhos e quentes.

Os astrônomos ficaram surpresos ao ver que o brilho das estrelas jovens varia em mais de 20% em poucas semanas - deve-se levar em conta que o processo de acreção deveria levar anos ou mesmo séculos.

Em busca de novas teorias

Em certo sentido, o que os astrônomos descobriram é que sim, as estrelas piscam, e muito - então, que mudem as teorias.

Eles terão agora que encontrar uma explicação para este novo fenômeno, ainda não contemplado nos modelos de formação de estrelas atuais.

Uma possibilidade é que os filamentos de gás irregulares estejam afunilando do disco externo para as regiões centrais perto da estrela, aquecendo temporariamente o disco interior e fazendo-o brilhar.

Outro cenário possível é o material frio estar-se acumulando na borda interna e criando sombras no disco externo, fazendo com que este escureça temporariamente.

Em qualquer dos casos, está claro agora que a gestação de estrelas bebês é tudo, menos um processo suave e uniforme.

"Mais uma vez, as observações do Herschel nos surpreenderam e nos deram pistas interessantes sobre o que acontece durante as fases mais precoces da formação de estrelas e dos planetas," comentou Göran Pilbratt, do projeto Herschel da ESA.

Vida na Terra é vista refletida no brilho da Lua

Com informações do ESO - 01/03/2012

A técnica inovadora utilizada por uma equipe internacional pode levar a futuras descobertas de vida em outros locais do Universo. [Imagem: ESO/B. Tafreshi/TWAN]

Luz cinérea

Ao observar a Lua com o Very Large Telescope do ESO, astrônomos encontraram evidências de vida... na Terra.

Encontrar vida no nosso planeta pode parecer algo trivial, mas a técnica inovadora utilizada por uma equipe internacional pode levar a futuras descobertas de vida em outros locais do Universo.

"Usamos uma técnica chamada observação da luz cinérea para observar a Terra como se ela fosse um exoplaneta," diz Michael Sterzik. "O Sol ilumina a Terra e essa radiação é refletida para a superfície da Lua. A superfície lunar atua como um espelho gigante e reflete a radiação terrestre de volta à Terra - é essa radiação que observamos com o VLT."

A luz cinérea, às vezes chamada de "Lua velha nos braços da Lua nova", pode ser vista facilmente a olho nu e torna-se espetacular com binóculos. O melhor momento para vê-la é quando a Lua se apresenta em crescente fino, cerca de três dias antes ou depois da Lua Nova. Além do crescente luminoso, o resto do disco lunar é visível, fracamente iluminado pela Terra brilhante no céu lunar.

Assinatura biológica

Os astrônomos analisaram a fraca luz cinérea procurando indicadores, tais como algumas combinações de gases existentes na atmosfera terrestre, que são marcadores de vida orgânica.

Este método estabelece a Terra e a Lua como um referencial na futura procura de vida em planetas extrassolares, circundando outras estrelas.

Na atmosfera terrestre, os principais gases produzidos biologicamente são o oxigênio, o nitrogênio, o metano e o dióxido de carbono. Todos eles podem estar presentes naturalmente na atmosfera de um planeta sem que seja necessária a presença de vida.

O que constitui uma assinatura biológica é a presença simultânea destes gases em quantidades compatíveis com a presença de vida. Se a vida desaparecesse de repente e estes gases deixassem de ser produzidos, iriam reagir e recombinar-se. Alguns desapareceriam rapidamente e as assinaturas biológicas características desapareceriam com eles.

Espectropolarimetria

Essas impressões digitais da vida, ou assinaturas biológicas, são difíceis de encontrar por métodos convencionais, mas a equipe foi pioneira de uma nova metodologia, que é bastante sensível.

Em vez de procurar apenas quão brilhante é a radiação refletida em diferentes cores, observa-se também a polarização da radiação, uma técnica chamada espectropolarimetria.

Quando a radiação está polarizada, as suas componentes de campo elétrico e magnético têm uma orientação específica, enquanto, na radiação não-polarizada, a orientação dos campos é aleatória, sem direções privilegiadas.

A técnica utilizada em alguns cinemas 3D consiste em usar luz polarizada: imagens separadas feitas com radiação diferentemente polarizada são enviadas aos nossos olhos esquerdo e direito por meio de filtros polarizadores nos óculos.

Ao aplicar esta técnica à luz cinérea observada com o VLT, as assinaturas biológicas na radiação refletida da Terra aparecem sem margem para dúvidas.

A luz refletida na Lua é fortemente polarizada - a polarização e a intensidade da luz em diferentes cores permite avaliações muito precisas da presença de vida. [Imagem: ESO/L. Calçada]

Vida em outros planetas

"A radiação emitida por um exoplaneta distante é muito fraca relativamente ao brilho da sua estrela hospedeira, por isso é muito difícil de analisar - é um pouco como estudar um grão de poeira que se encontre ao lado de uma lâmpada muito brilhante.

"Mas a radiação refletida pelo planeta é polarizada, enquanto a radiação emitida pela estrela hospedeira não. Por isso, as técnicas de polarimetria nos ajudam a isolar a fraca radiação refletida de um exoplaneta relativamente à brilhante radiação estelar," explica Stefano Bagnulo, coautor do estudo.

A equipe estudou tanto a cor como o grau de ionização da radiação emitida pela Terra após a sua reflexão pela Lua, tal como se a luz viesse de um exoplaneta, e conseguiu deduzir que a atmosfera terrestre é parcialmente nublada, que parte da superfície se encontra coberta por oceanos e - mais importante ainda - que existe vegetação.

A equipe conseguiu inclusive detectar variações na cobertura de nuvens e na quantidade de vegetação em épocas diferentes, correspondentes às diferentes partes da Terra que refletiam radiação na direção da Lua.

Capacidade de encontrar vida

"Encontrar vida fora do Sistema Solar depende de duas coisas: primeiro, se essa vida existe efetivamente, e, segundo, se temos capacidade técnica para detectá-la," acrescenta Enric Palle, outro membro da equipe. "Este trabalho dá um passo importante na direção de atingirmos tal capacidade."

"A espectropolarimetria pode nos dizer, em última análise, se vida vegetal simples - baseada em processos de fotossíntese - emergiu em outras partes do Universo," conclui Sterzik. "Mas não estamos certamente à procura de homenzinhos verdes ou evidências de vida inteligente."

A nova geração de telescópios, tais como o E-ELT (European Extremely Large Telescope), poderá muito bem nos trazer a tão esperada confirmação de que a Terra não é o único planeta portador de vida na imensidão do espaço.