11/3/2010
Agência FAPESP – A análise de mais de 70 mil galáxias, conduzida por um grupo internacional de físicos, demonstrou que o Universo funciona de acordo com as regras descritas há quase 100 anos por Albert Einstein – tanto nas proximidades da Terra como a mais de 3,5 bilhões de anos-luz de distância.
Ao calcular a união dessas galáxias, que formam aglomerados e se estendem por quase um terço da distância até o virtual limite do Universo, e ao analisar as velocidades e distorções desse fenômeno, os pesquisadores demonstraram que a Teoria da Relatividade Geral se aplica ao que ocorre em escala cósmica.
Análise de mais de 70 mil galáxias distantes valida Teoria da Relatividade Geral em escala cósmica e implica existência da matéria escura. Estudo é destaque na Nature
Outra consequência direta do estudo é que a existência de matéria escura é a explicação mais provável para a constatação de que as galáxias e os aglomerados se movem pela influência de algo a mais do que é possível observar.
“Uma consequência interessante ao lidar com escalas cosmológicas é que podemos testar qualquer teoria completa e alternativa da gravidade, porque ela deveria prever as coisas que observamos”, disse Uros Seljak, professor na Universidade da Califórnia em Berkeley, nos Estados Unidos, e no Instituto de Física Teórica da Universidade de Zurique, na Suíça, um dos autores do estudo.
“As teorias alternativas que não requerem matéria escura não passaram nos testes”, disse Seljak. Uma delas é a teoria da gravidade tensor-vetor-escalar (TeVeS), que modifica a relatividade geral ao evitar contemplar a existência da matéria escura.
O novo estudo contradiz um outro divulgado no ano passado que indicou que o Universo em seu início, entre 11 e 8 bilhões de anos atrás, não poderia se encaixar na descrição relativística geral da gravidade.
O novo trabalho foi publicado na edição desta quinta-feira (11/3) da revista Nature e tem como um dos autores James Gunn, professor de física na Universidade Princeton e “pai” do Sloan Digital Sky Survey, projeto iniciado em 2000 que pretende mapear um quarto do céu, observando mais de 100 milhões de objetos.
De acordo com a Teoria da Relatividade Geral, publicada por Einstein em 1915, a matéria (energia) curva o espaço e o tempo à sua volta – a gravitação é um efeito da geometria do espaço-tempo.
Isso significa que a luz se curva à medida que passa por um objeto de grande massa, como o núcleo de uma galáxia. A teoria foi validada muitas vezes na escala do Sistema Solar, mas testes em escala galáctica ou cósmica até então se mostraram inconclusivos.
Tais testes se tornaram importantes nas últimas décadas porque a ideia de que uma massa invisível permeia todo o Universo foi combatida por diversos físicos teóricos, levando a teorias alternativas que alteraram a relatividade geral de modo a não contemplar a existência de matéria escura.
A teoria TeVeS, por exemplo, estipula que a aceleração causada pela força gravitacional de um determinado corpo depende não apenas da massa desse corpo, mas também do valor da aceleração promovida pela gravidade.
A descoberta da energia escura, a força misteriosa que causa a expansão acelerada do Universo, levou à formulação de outras teorias para explicar a expansão sem levar em conta a energia escura, cuja existência ainda é hipotética.
Segundo Seljak, testes para comparar teorias concorrentes não são fáceis. Experimentos cosmológicos, como detecções da radiação cósmica do fundo em microondas, tipicamente envolvem medir flutuações no espaço, enquanto teorias gravitacionais estimam relações entre densidade e velocidade, ou entre densidade e potencial gravitacional.
“O problema é que o tamanho da flutuação, por ele mesmo, não nos diz coisa alguma sobre as teorias cosmológicas que estão por trás. Trata-se essencialmente de uma perturbação da qual gostaríamos de nos livrar”, disse.
Ao usar dados de mais de 70 mil galáxias vermelhas distantes, obtidos pelo Sloan Digital Sky Survey, Seljak e colegas verificaram que a teoria TeVeS mostrou resultados além dos limites de erro estabelecidos. A Teoria da Relatividade Geral se encaixou dentro do limite.
Os pesquisadores pretendem reduzir a margem de erro e, para isso, querem ampliar o escopo da análise para 1 milhão de galáxias. A quantidade será possível com a entrada em operação do projeto Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, previsto para daqui a cinco anos.
O artigo Confirmation of general relativity on large scales from weak lensing and galaxy velocities (Vol 464 | 11 de março de 2010 | doi:10.1038/nature08857), de Reinabelle Reyes e outros, pode ser lido por assinantes da Nature em www.nature.com.
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Nature 464, 256-258 (11 March 2010) | doi:10.1038/nature08857; Received 3 August 2009; Accepted 19 January 2010
Confirmation of general relativity on large scales from weak lensing and galaxy velocities
Reinabelle Reyes1, Rachel Mandelbaum1, Uros Seljak2,3,4, Tobias Baldauf2, James E. Gunn1, Lucas Lombriser2 & Robert E. Smith2
Princeton University Observatory, Peyton Hall, Princeton, New Jersey 08544, USA
Institute for Theoretical Physics, University of Zurich, Zurich 8057, Switzerland
Physics and Astronomy Department and Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California, Berkeley, California 94720, USA
Institute for Early Universe, Ewha University, Seoul 120-750, South Korea
Correspondence to: Reinabelle Reyes1 Correspondence and requests for materials should be addressed to R.R. (Email: rreyes@astro.princeton.edu).
Top of page
Although general relativity underlies modern cosmology, its applicability on cosmological length scales has yet to be stringently tested. Such a test has recently been proposed1, using a quantity, E G, that combines measures of large-scale gravitational lensing, galaxy clustering and structure growth rate. The combination is insensitive to ‘galaxy bias’ (the difference between the clustering of visible galaxies and invisible dark matter) and is thus robust to the uncertainty in this parameter. Modified theories of gravity generally predict values of E G different from the general relativistic prediction because, in these theories, the ‘gravitational slip’ (the difference between the two potentials that describe perturbations in the gravitational metric) is non-zero, which leads to changes in the growth of structure2 and the strength of the gravitational lensing effect3. Here we report that E G = 0.39 ± 0.06 on length scales of tens of megaparsecs, in agreement with the general relativistic prediction of E G ≈ 0.4. The measured value excludes a model1within the tensor–vector–scalar gravity theory4, 5, which modifies both Newtonian and Einstein gravity. However, the relatively large uncertainty still permits models within f(
) theory6, which is an extension of general relativity. A fivefold decrease in uncertainty is needed to rule out these models.
Reinabelle Reyes1, Rachel Mandelbaum1, Uros Seljak2,3,4, Tobias Baldauf2, James E. Gunn1, Lucas Lombriser2 & Robert E. Smith2
Princeton University Observatory, Peyton Hall, Princeton, New Jersey 08544, USA
Institute for Theoretical Physics, University of Zurich, Zurich 8057, Switzerland
Physics and Astronomy Department and Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California, Berkeley, California 94720, USA
Institute for Early Universe, Ewha University, Seoul 120-750, South Korea
Correspondence to: Reinabelle Reyes1 Correspondence and requests for materials should be addressed to R.R. (Email: rreyes@astro.princeton.edu).
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Although general relativity underlies modern cosmology, its applicability on cosmological length scales has yet to be stringently tested. Such a test has recently been proposed1, using a quantity, E G, that combines measures of large-scale gravitational lensing, galaxy clustering and structure growth rate. The combination is insensitive to ‘galaxy bias’ (the difference between the clustering of visible galaxies and invisible dark matter) and is thus robust to the uncertainty in this parameter. Modified theories of gravity generally predict values of E G different from the general relativistic prediction because, in these theories, the ‘gravitational slip’ (the difference between the two potentials that describe perturbations in the gravitational metric) is non-zero, which leads to changes in the growth of structure2 and the strength of the gravitational lensing effect3. Here we report that E G = 0.39 ± 0.06 on length scales of tens of megaparsecs, in agreement with the general relativistic prediction of E G ≈ 0.4. The measured value excludes a model1within the tensor–vector–scalar gravity theory4, 5, which modifies both Newtonian and Einstein gravity. However, the relatively large uncertainty still permits models within f(
) theory6, which is an extension of general relativity. A fivefold decrease in uncertainty is needed to rule out these models.+++++
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