Como a gravidade modificada desafia Einstein e a matéria escura

Uma nova pesquisa inovadora revela que as curvas de rotação das galáxias permanecem planas indefinidamente, apoiando as previsões da teoria da gravidade modificada como uma alternativa à matéria escura.

Esta descoberta desafia os modelos atuais de cosmologia e sugere que os halos de matéria escura são muito extensos ou que a nossa compreensão da teoria da gravidade necessita de uma reavaliação fundamental.

Um avanço na cosmologia

Numa descoberta revolucionária que desafia a compreensão convencional da cosmologia, os cientistas da Case Western Reserve University descobriram novas evidências que poderão remodelar a nossa percepção do universo.

Tobias Mistelli, pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Astronomia da Faculdade de Artes e Ciências da Case Western Reserve University, foi pioneiro em uma técnica revolucionária que usa “lentes gravitacionais” para mergulhar no misterioso mundo da matéria escura. Ele descobriu que as curvas de rotação das galáxias permanecem planas durante milhões de anos-luz, sem fim à vista.

Os cientistas já pensavam que as curvas de rotação das galáxias deveriam diminuir à medida que se afastavam do espaço.

Desafiando os modelos cosmológicos tradicionais

Tradicionalmente, o comportamento das estrelas nas galáxias tem intrigado os astrónomos. De acordo com a gravitação newtoniana, as estrelas estão nas bordas externas Ele deveria Eles são mais lentos devido à diminuição da força gravitacional. Isso não foi observado, levando à inferência de matéria escura. Mas mesmo os halos de matéria escura devem terminar, de modo que as curvas de rotação não devem permanecer planas indefinidamente.

A análise do MESTEL desafia esta expectativa, oferecendo uma descoberta surpreendente: a influência do que chamamos de matéria escura estende-se muito além das estimativas anteriores, estendendo-se pelo menos um milhão de anos-luz do centro galáctico.

Um efeito de longo alcance sugeriria que a matéria escura – tal como a entendemos – pode nem existir.

“Esta descoberta desafia os modelos atuais, sugerindo que existem halos extensos de matéria escura ou que precisamos reavaliar fundamentalmente a nossa compreensão da teoria da gravidade”, disse ele.

Implicações revolucionárias da astrofísica

Stacy McGough, professora e diretora do Departamento de Astronomia da Faculdade de Artes e Ciências, disse que as descobertas de Mistel, que estão programadas para serem publicadas na revista Cartas de diários astrofísicosultrapassando os limites tradicionais.

“As implicações desta descoberta são profundas”, disse McGough. “Isso poderia não apenas redefinir a nossa compreensão da matéria escura, mas também nos convidar a explorar teorias alternativas da gravidade, desafiando a estrutura da astrofísica moderna.”

Virando a teoria de Einstein de cabeça para baixo

A principal técnica que Mistel usou em sua pesquisa são as lentes gravitacionais, um fenômeno previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein. Basicamente acontece quando um objeto massivo, como um aglomerado de galáxias ou mesmo uma única estrela massiva, desvia o caminho da luz vinda de uma fonte distante. Essa curvatura da luz ocorre porque a massa do objeto distorce a estrutura do espaço-tempo que o rodeia. A luz continua a ser curvada pelas galáxias em escalas muito maiores do que o esperado.

Como parte da pesquisa, Mistel traçou a chamada relação Tully-Fisher num gráfico para destacar a relação experimental entre a massa visível de uma galáxia e a sua velocidade de rotação.

“Sabíamos que essa relação existia”, disse Mistel. “Mas não estava claro se o relacionamento iria durar quanto mais você se afastasse. Quanto tempo dura esse comportamento? Essa é a questão, porque não pode durar para sempre.”

Mistel disse que sua descoberta ressalta a necessidade de maior exploração, colaboração dentro da comunidade científica e análise potencial de outros dados.

Reavaliando teorias da matéria escura

McGough destacou os esforços hercúleos – e até agora malsucedidos – da comunidade internacional de física de partículas para descobrir e identificar partículas de matéria escura.

“Ou os halos de matéria escura são muito maiores do que esperávamos ou todo o modelo está errado”, disse McGough. “A teoria que previu anteriormente este comportamento foi a teoria gravitacional modificada MOND que foi postulada por Moti Milgrom como uma alternativa à matéria escura em 1983. Portanto, a interpretação óbvia e inevitavelmente controversa deste resultado é que a matéria escura é uma ilusão; “Talvez a evidência disto aponte para uma nova teoria da gravidade que vai além do que Einstein nos ensinou.”

Referência: “Velocidades circulares planas indefinidas e a relação bariônica Tully-Fisher de lentes fracas” por Tobias Mistelli, Stacey McGough, Federico Lilli, James Shumpert e Pengfei Li, aceito. Cartas de diários astrofísicos.
arXiv:2406.09685