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O cosmos é um laboratório único para testar as leis da física, em particular as de Euler e Einstein. Euler descreveu os movimentos dos objetos celestes, enquanto Einstein descreveu a maneira pela qual os objetos celestes distorcem o Universo. Desde a descoberta da matéria escura e a aceleração da expansão do Universo, a validade de suas equações foi posta à prova: eles são capazes de explicar esses fenômenos misteriosos? Uma equipe da Universidade de Genebra (UNIGE) desenvolveu o primeiro método para descobrir. Ele considera uma medida nunca antes utilizada: a distorção temporal. Os resultados são publicados em Astronomia da Natureza.
As teorias de Leonhard Euler (1707-1783) e Albert Einstein (1879-1955) revolucionaram nossa compreensão do Universo. Com a famosa equação que leva seu nome, Euler deu aos cientistas uma ferramenta poderosa para calcular os movimentos das galáxias no Universo. Com sua teoria da relatividade geral, Einstein demonstrou que o Universo não é uma estrutura estática: pode ser distorcido por aglomerados de estrelas e galáxias.
Os físicos testaram essas equações de várias maneiras, que até agora se mostraram bem-sucedidas. No entanto, duas descobertas continuam a colocar estes modelos à prova: a aceleração da expansão do Universo e a existência de matéria escura invisível, que se pensa representar 85% de toda a matéria do cosmos. Esses fenômenos misteriosos ainda obedecem às equações de Einstein e Euler? Os pesquisadores ainda não conseguem responder a essa pergunta.
O ingrediente que falta
“O problema é que os dados cosmológicos atuais não nos permitem diferenciar entre uma teoria que quebra as equações de Einstein e outra que quebra a equação de Euler. Isso é o que demonstramos em nosso estudo. Também apresentamos um método matemático para resolver esse problema. Isso é o culminar de dez anos de pesquisa”, explica Camille Bonvin, professora associada do Departamento de Física Teórica da Faculdade de Ciências da UNIGE e primeira autora do estudo.
Os pesquisadores foram incapazes de diferenciar entre a validade dessas duas equações na borda do Universo porque faltava um “ingrediente”: a medição da distorção do tempo. “Até então, sabíamos apenas medir a velocidade dos objetos celestes e a soma da distorção do tempo e do espaço. Desenvolvemos um método para acessar essa medição adicional, e é o primeiro”, diz Camille Bonvin.
Se a distorção do tempo não for igual à soma do tempo e do espaço – ou seja, o resultado produzido pela teoria da relatividade geral – isso significa que o modelo de Einstein não funciona. Se a distorção do tempo não corresponder à velocidade das galáxias calculada com a equação de Euler, isso significa que esta última não é válida. “Isso nos permitirá descobrir se novas forças ou matéria, que violam essas duas teorias, existem no Universo”, explica Levon Pogosian, professor do Departamento de Física da Simon Fraser University, no Canadá, e coautor do estudo. .
Verificação da realidade
Estes resultados darão um contributo crucial para várias missões cujo objetivo é determinar a origem da expansão acelerada do Universo e a natureza da matéria escura. Estes incluem o telescópio espacial EUCLID, que será lançado em julho de 2023 pela Agência Espacial Europeia (ESA), em colaboração com a UNIGE, e o Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), que iniciou sua missão de 5 anos em 2021 no Arizona . Há também o projeto internacional de radiotelescópio gigante SKA (Square Kilometer Array) na África do Sul e na Austrália, que iniciará as observações em 2028/29.
“Nosso método será integrado a essas diferentes missões. Já é o caso do DESI, de quem nos tornamos colaboradores externos graças a essa pesquisa”, entusiasma-se Camille Bonvin. A equipe de pesquisa testou com sucesso seu modelo em catálogos sintéticos de galáxias. A próxima etapa será testá-lo a partir dos primeiros dados fornecidos pelo DESI, bem como identificar os obstáculos e minimizar as características sistemáticas que possam dificultar sua aplicação.
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