Uma análise recente concluiu que a gravidade obedece à lei do inverso do quadrado de Newton ao longo de centenas de milhões de anos-luz, mesmo quando a verificação é feita com dados de 300.000 galáxias.
Este resultado reduz drasticamente a margem para alternativas em que a gravidade enfraquece de forma diferente a grandes distâncias e, ao mesmo tempo, reforça a ideia de que existe massa invisível a influenciar os movimentos no Universo.
A gravidade em distâncias cósmicas extremas
Mapas produzidos pelo Telescópio de Cosmologia do Atacama (ACT), em conjunto com registos de galáxias, permitem identificar enxames separados por intervalos enormes - precisamente o tipo de cenário em que se consegue testar, de forma directa, até onde chega a gravidade.
A partir dessas observações, o físico Patricio A. Gallardo, da Universidade da Pensilvânia, relacionou os movimentos de sistemas muito afastados com a intensidade com que a gravidade actua através do espaço.
Ao longo de separações que se estendem por centenas de milhões de anos-luz, verificou-se que essa atracção diminuía quase exactamente como prevê a regra de Newton, coincidindo com o que era esperado mesmo em condições extremas.
Uma concordância tão apertada deixa pouco espaço para explicações concorrentes e conduz a uma questão mais profunda: que massa não observada é responsável pelo movimento em excesso.
Porque é que os movimentos não batiam certo
Longe dos centros das galáxias, estrelas - e até galáxias inteiras - muitas vezes deslocam-se a velocidades superiores às que a matéria visível, por si só, permitiria.
Para muitos físicos, a força adicional é atribuída à matéria escura - matéria que não emite nem absorve luz.
“A astrofísica tem sido atormentada por uma enorme discrepância no livro de contas cósmico”, afirmou Gallardo.
Foi precisamente essa discrepância que motivou a equipa a medir a gravidade de forma directa, em vez de se limitar a inferir a existência de massa em falta.
Luz dos primórdios do Universo
Para testar a força gravitacional sem depender apenas de matéria ausente, os investigadores recorreram ao fundo cósmico de micro-ondas (CMB), a radiação remanescente do Universo jovem.
Emitido cerca de 380.000 anos após o Big Bang, esse brilho viaja pelo espaço desde então e continua a transportar informação antiga.
Quando enxames em movimento se encontram no seu caminho, a radiação que os atravessa sofre uma alteração minúscula que denuncia o seu movimento.
Essas variações, apesar de extremamente pequenas, transformam a luz antiga numa ferramenta para medir quão intensamente estruturas distantes se atraem mutuamente.
Movimento registado no sinal
A marca observada é o efeito Sunyaev-Zeldovich cinemático, um sinal muito ténue deixado quando o gás do enxame dispersa a luz de fundo.
Além dos mapas do telescópio, foi utilizado um catálogo do Sloan Digital Sky Survey (SDSS) para identificar os sistemas de galáxias cujas separações podiam ser comparadas.
Ao emparelhar sistemas afastados, aproximadamente, entre 100 milhões e 750 milhões de anos-luz, os investigadores acompanharam a forma como a atracção gravitacional se ia atenuando.
Como a aceleração altera a velocidade ao longo do tempo, estes emparelhamentos transformaram o movimento observado num ensaio directo ao alcance efectivo da gravidade.
Resultados sobre a gravidade e a lei do inverso do quadrado de Newton
Depois de efectuar todas as correspondências entre os pares, a gravidade revelou-se compatível com a lei do inverso do quadrado, enfraquecendo com o quadrado da distância.
Em vez de diminuir mais lentamente, a força gravitacional caiu quase exactamente ao ritmo que os cientistas antecipavam.
“É notável que a lei do inverso dos quadrados, proposta por Newton no século XVII e depois incorporada pela teoria da relatividade geral de Einstein, continue a manter-se no século XXI”, disse Gallardo.
O desvio em relação ao valor exacto de dois foi suficientemente pequeno para manter a regra clássica de Newton firmemente sustentada.
A gravidade modificada perde margem
Uma proposta alternativa, a Dinâmica Newtoniana Modificada (MOND), tenta explicar movimentos rápidos alterando a própria gravidade.
Nesse quadro, quando os sistemas ficam muito afastados, a força deveria decair mais lentamente do que o previsto pela regra de Newton.
Aqui, uma queda mais lenta teria aparecido como um expoente inferior a dois; no entanto, a medição manteve-se próxima do valor newtoniano.
Este resultado não elimina todas as variantes, mas reduz substancialmente o espaço para explicações baseadas apenas em “gravidade modificada” a estas escalas.
A massa em falta continua em cima da mesa
Com a gravidade a comportar-se de forma comum, a atracção em falta tem de vir de matéria que permanece invisível aos telescópios.
A matéria escura continua a ser a explicação principal, porque massa adicional reforça a gravidade e mantém ligados sistemas que se movem depressa.
“Este estudo fortalece a evidência de que o universo contém um componente de matéria escura”, afirmou Gallardo.
Ao mesmo tempo, esta é também a fronteira do que se pode concluir: a medição não diz nada sobre o que esse componente é.
Levantamentos maiores no horizonte
Mapas melhores e catálogos de galáxias mais extensos deverão permitir que este método teste a gravidade com uma precisão muito superior nos próximos anos.
“Usámos cerca de 300.000 galáxias para esta medição, mas a técnica deverá funcionar com amostras de 10 milhões ou mais”, disse Gallardo.
Com conjuntos de dados dessa dimensão, futuros levantamentos poderão excluir, com muito mais confiança, uma lei da gravidade consideravelmente mais plana.
Isso transformaria a actual verificação de consistência - já forte - num teste muito mais exigente para qualquer teoria que procure “dobrar” a gravidade.
O que ainda fica por resolver
Ainda assim, o resultado não identifica a partícula por detrás da matéria escura nem resolve todas as divergências na cosmologia.
A pergunta aqui é mais específica - se a gravidade muda ao longo de separações gigantes - e a resposta surge com uma clareza invulgar.
Equipas futuras poderão aplicar a mesma abordagem a levantamentos mais ricos, a amostras diferentes de enxames e a mapas mais limpos da radiação antiga.
Por agora, a luz mais antiga do Universo indica que a regra familiar continua a governar as maiores estruturas conhecidas.
A gravidade, por enquanto, mantém-se
Em todas as partes deste resultado - da luz antiga aos movimentos dos enxames - reaparece a mesma conclusão: a gravidade comporta-se de forma normal.
Isto deixa os cosmólogos a perseguir os problemas mais difíceis: o que é a matéria escura, até onde estes testes podem ganhar precisão e se ainda existem pequenas fissuras por descobrir.
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