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MADRID, 28 out. (EUROPA PRESS) -
Mais de um século depois de Einstein ter formulado pela primeira vez as equações que descrevem a gravidade, físicos da Universidade de Columbia (Estados Unidos) continuam encontrando novas formas de interpretá-las.
Mais especificamente, Luca Comisso, pesquisador associado dos Departamentos de Astronomia e Física da Universidade de Columbia e do Laboratório de Astrofísica de Columbia, e Felipe A. Asenjo, da Universidade Adolfo Ibáñez, no Chile, descobriram recentemente uma nova forma de interpretar as equações de Einstein que revela uma analogia surpreendente com a “reconectação magnética” nos plasmas, que ocorre quando as linhas do campo magnético se rompem e se reconectam, impulsionando fenômenos explosivos como as erupções solares.
Seu trabalho, publicado na “Physical Review D”, revista científica da Sociedade Americana de Física, demonstra que algo semelhante pode ocorrer com a gravidade: sob as condições adequadas, as estruturas do campo gravitacional também podem se romper e se reconectar, um processo que eles denominam “reconectação gravitacional”. Quando isso acontece, a energia se desloca do campo gravitacional para a matéria.
As descobertas podem ajudar os físicos a compreender melhor alguns dos eventos mais extremos do universo, como a colisão de buracos negros. Nesses ambientes, a gravidade é tão poderosa que o espaço-tempo se distorce enormemente, o que dificulta muito o cálculo de seu comportamento. A abordagem dos pesquisadores oferece uma maneira de identificar as regras fundamentais que regem o comportamento dos campos gravitacionais, o que poderia revelar informações que as simulações computacionais convencionais, por si só, não conseguem fornecer.
Para entender como funciona a reconexão gravitacional, convém começar com um fenômeno mais familiar: a reconexão magnética. A maioria das pessoas já viu imagens de linhas de campo magnético: os arcos de limalhas de ferro ao redor de um ímã em barra ou as alças que emanam da superfície do Sol. Em um plasma, essas linhas se arrastam, se esticam e se contorcem. Às vezes, a tensão se torna excessiva.
“A reconexão magnética ocorre quando essas linhas de campo, em uma configuração específica, se rompem e se reconectam em uma configuração diferente”, explica Comisso. “Ao se romperem e se reconectarem, elas liberam energia”. Esse é o processo subjacente às erupções solares e um dos mecanismos de liberação de energia mais importantes de toda a astrofísica. “Ele retira energia do campo magnético e a transfere para as partículas do plasma, produzindo explosões, eventos energéticos”.
Os pesquisadores argumentam que a gravidade pode fazer algo semelhante. Mas a geometria é diferente, pois o espaço-tempo de Einstein tem quatro dimensões em vez de três, que descrevem apenas o espaço. “Como o espaço-tempo é tetradimensional em vez de tridimensional, a gravidade envolve algo como ‘folhas’ de campo, em vez de linhas de campo”, explica Comisso. “Adicionar uma dimensão a uma linha cria um plano. Pode-se pensar nisso como unir muitas linhas para formar uma ‘folha’”.
Assim, em vez de linhas de campo magnético que se esticam, se reconectam e liberam energia, o campo gravitacional assume a forma de folhas que se movem, se reconectam e liberam energia. Essas lâminas são estruturas matemáticas, não objetos físicos, mas sua reconexão descreve um processo pelo qual a energia pode ser transferida do campo gravitacional para a matéria.
A descoberta surgiu de uma forma pouco convencional de analisar as equações de Einstein, com base em pesquisas anteriores sobre as regras fundamentais que regem a evolução do espaço-tempo.
Este novo trabalho se baseia em um artigo anterior publicado na revista “Physical Review Letters”. Essa pesquisa identificou um conjunto de regras até então desconhecidas que limitam a forma como o espaço-tempo pode se curvar, se esticar e evoluir.
“As equações de Einstein contêm restrições sobre como o espaço-tempo pode evoluir que não são evidentes à primeira vista”, esclarece Asenjo. “Ao revelar essas novas propriedades ocultas, podemos começar a compreender as regras fundamentais que regem o comportamento desse processo de reconexão gravitacional.”
Em seu último artigo, Comisso e Asenjo mostram como as conexões do campo gravitacional podem se alterar quando as condições ideais que as preservam são rompidas, um processo que eles denominam reconexão gravitacional.
“Algumas implicações estão ocultas nas equações e não são fáceis de perceber apenas olhando para elas”, descreve Comisso. “É preciso reescrevê-las de outra forma, e então é possível aproveitar esse comportamento”.
Essa reformulação é a chave do trabalho. Nos últimos anos, os físicos desenvolveram uma nova formulação das equações de Einstein, matematicamente equivalente às originais, mas expressa em variáveis diferentes. Escritas dessa maneira, as equações da gravidade passam a se assemelhar muito às equações que regem os plasmas: os gases que compõem o Sol, alimentam os experimentos de fusão e preenchem grande parte do espaço interestelar.
Comisso dedicou sua carreira ao estudo dos plasmas. Ao reconhecer essa semelhança, ele e seus colegas aplicaram métodos da física dos plasmas ao estudo da gravidade. “Isso nos ajuda a prever alguns padrões do espaço-tempo”, comenta Comisso. “Mesmo sem realizar o cálculo completo, sabemos que o espaço-tempo deve se comportar de determinada maneira, que deve satisfazer essas restrições.”
Isso é importante devido à forma como esse tipo de física costuma ser abordado. Quando os astrofísicos querem saber o que acontece quando dois buracos negros colidem, eles realizam enormes simulações com supercomputadores: escolhem um conjunto de condições iniciais, deixam o computador avançar lentamente e observam o resultado.
Os resultados são usados para prever a forma do sinal de ondas gravitacionais que detectores como o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria a Laser (LIGO), um observatório projetado para detectar ondulações no espaço-tempo produzidas por eventos como a colisão de buracos negros, foram projetados para medir.
Por enquanto, a reconexão gravitacional continua sendo uma descoberta teórica. O próximo desafio é investigar como esse processo poderia se desenrolar em ambientes astrofísicos específicos, como a fusão de buracos negros, e se produz efeitos mensuráveis. Comisso espera que essa abordagem ajude os pesquisadores a prever quanta energia esses eventos liberam e quais rastros poderiam deixar nas ondas gravitacionais.
A pesquisa contou com o apoio da Fundação Nacional de Ciências e da NASA.
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