Lentes Gravitacionais
Introdução
Por volta de 1666, Newton publicou sua Lei da Gravitação Universal. Alguns séculos depois, dois astrônomos, Le Verrier e Adams, separadamente usaram a Lei da Gravitação Universal de Newton para explicar porque o planeta Urano parecia se comportar estranhamente em sua órbita (às vezes acelerando mais do que deveria, outras vezes freando seu movimento). Cada um deles, independentemente, previu a massa e a localização de um novo planeta, ainda não descoberto pelos astrônomos. Logo depois, em 1846, aquele planeta, que mais tarde foi chamado de Netuno, foi descoberto. A Teoria da Gravitação de Newton havia sido provada mais uma vez, mas ela ainda não conseguia explicar algumas irregularidades no movimento de Mercúrio, o planeta mais próximo do Sol. E foi aí que entrou Einstein. Albert Einstein nasceu em 1879. Ele não aprendeu a falar até os três anos de idade, mas ele sempre teve uma enorme curiosidade a respeito do universo. Ele foi bem na universidade, mas não o suficiente para ser recomendado pelos seus professores. Em 1903, ele se casou com sua namorada da universidade e brilhante física, Mileva Maric. Algumas pessoas afirmam que ela é que era o verdadeiro cérebro atrás do trabalho científico dele, mas que ele ficou com todo o crédito. Certamente todos os seus grandes trabalhos foram feitos enquanto eles ainda estavam casados (depois de se divorciar dela, nunca mais ele alcançou o brilho intelectual que os dois tiveram quando trabalhavam juntos). Em 1905, Einstein publicou três grandes trabalhos científicos. Um deles tratava do efeito fotoelétrico, onde ele demonstrava que a luz carregava pequenos pacotes de energia, chamados quanta. O segundo tratava do movimento aleatório de grande número de pequenas partículas, chamado Movimento Browniano. E o terceiro grande trabalho dele foi a Teoria Especial da Relatividade. Sua Teoria Especial da Relatividade lidava com o mundo microscópico. Lidava com fenômenos elétricos e magnéticos. Na sua teoria, ele afirmou que a única constante em todo o universo é a velocidade da luz, e todo o resto (massa, volume e até mesmo o tempo) varia para que a velocidade da luz se mantenha constante. É dessa teoria que saiu a famosa equação:
E = m.c2
que diz que a massa é equivalente à uma certa quantidade de energia e vice-versa. Isso tudo foi fantástico e causou uma revolução na física. Em 1916, ele apresentou sua Teoria Geral da Relatividade, que, na verdade, era uma teoria da gravitação. A gravidade é uma força estranha. É a mais fraca entre os quatro tipos de força que conhecemos, mesmo assim ela atinge até os limites do universo. Einstein mostrou que a massa (ou energia) cria um campo de distorção do espaço e do tempo, encurvando-os. É claro que a Teoria da Gravitação de Newton funcionava perfeitamente em casos especiais (aqueles que acontecem quotidianamente aqui na Terra), mas a Teoria de Einstein englobava a Gravitação Newtoniana e ia além. Sua Teoria da Relatividade Geral fez algumas predições. Em três quartos de século, desde que foi publicada, a Relatividade passou em todos os testes que se apresentaram (veja alguns desses testes). Esta teoria inclusive explicou a estranha órbita de Mercúrio. Explicou indiretamente, porque, depois do BIG BANG, o universo se resfriou até a temperatura atual. Ela também previu que o Big Bang deixaria para nós um universo em um quarto de toda matéria que existe é composta de gás Hélio. Em 1964, Shapiro seguindo o caminho deixado por Einstein previu que um forte campo gravitacional faria com que o tempo ficasse mais lento para os raios de luz (ou de rádio, de qualquer forma ondas eletromagnéticas). Por exemplo, um raio de luz passando muito perto do disco do Sol, seria submetido ao forte campo gravitacional próximo do Sol. Shapiro descobriu que a gravidade do Sol, atrasaria o tempo para o raio de luz em aproximadamente 200microsegundos (e isso foi medido). Mais uma vez a teoria de Einstein se provou correta. A Relatividade também previu corpos estranhos, que não se conhecia à época, como estrelas de nêutrons, por exemplo.
As Lentes Gravitacionais
Pode parecer um pouco complicado. De acordo com Einstein, a massa (como o Sol ou a Terra) cria uma área curva, um campo de distorção no espaço-tempo, e essa curva, essa distorção é o que chamamos de gravidade. Nós, humanos, temos massa, e portanto seguimos a curva do espaço-tempo da Terra (por isso ficamos presos à superfície do planeta). Se um raio de luz entrar nessa área distorcida do espaço-tempo, vai seguir também essa curva. Ou, colocando de um jeito mais simples, a gravidade entorta a luz. Em 1916, o trabalho de Einstein gerou uma grande controvérsia. Os outros cientistas perceberam então que seria possível testar a controvertida Teoria da Relatividade Geral medindo o quanto a luz entortou. Em 1919, Arthur Stanley Eddington liderou uma expedição a Ilha Prince no Golfo da Guiné, na África equatorial. Em 29 de maio, haveria um eclipse total do Sol. O astrônomo real britânico, Sir Frank Dison, descobriu que esse eclipse em particular teria o Sol passando em frente a um conjunto muito denso de estrelas. Durante o eclipse total, a equipe de Eddington tirou fotos do Sol e das estrelas ao redor, enquanto estavam passando por trás dele. Ele queria saber o quanto a gravidade do Sol entortaria a luz proveniente dessas estrelas. A vantagem de tirar a foto durante o eclipse é que a luz do Sol não ofusca o brilho das estrelas passando por trás dele. Seis meses depois, à noite, quando o Sol não estava nem um pouco perto das estrelas, Eddington fotografou aquela mesma constelação outra vez. Ele descobriu que a luz daquelas estrelas distantes tinha sido "entortada de leve" pela forte gravidade do Sol. Quando ele comparou as duas fotos, uma com o Sol e outra sem, havia uma pequena diferença nas posições de algumas das estrelas. Pela precisão que havia na época, era uma tarefa dificílima medir essa variação, mas os cientistas da época conseguiram encontrar uma diferença na posição aparente das estrelas e o mundo proclamou Einstein como um gênio. (Uma observação: é extremamente difícil fazer essa experiência com a luz, porque, mesmo com o eclipse, ele fica ofuscada. Na verdade, desde daquela primeira foto de eclipse em 1919 até 1973, nunca houve resultados realmente satisfatórios. Mas é facílimo medir ondas de rádio "entortando" pela gravidade do Sol, porque elas não são ofuscadas pela sua luz. Entre 1969 e 1975, medidas feitas em ondas de rádio de quasares distantes perto dos limites do universo, mostraram que Einstein estava certo de novo.) Em 1919 ninguém imaginava em que o fato do Sol entortar a luz de galáxias distantes poderia ser útil. Mas, em 1924, Orest Chwolson sugeriu que, sob certas circunstâncias, um corpo pesado como o Sol, poderia funcionar como uma lente de aumento (mas ninguém deu muita importância). Em 1936, o próprio Einstein escreveu sobre esse possível Efeito Gravitacional de Lente, mas ele pensou que as chances de isso ser observados eram pequeníssimas. Mas essa foi uma das poucas vezes em que Einstein estava errado... Imagine que a luz do Sol bate em uma folha de papel, ela esquenta, mas é só isso que acontece. Aí, você saca sua lente de aumento entre o Sol e o papel. A luz que, normalmente, seguiria seu caminho, é desviada para se concentrar em um ponto do papel, que logo começa a queimar. Um corpo pesado faz exatamente a mesma coisa, ele desvia raios de luz, que, normalmente, seguiriam seu caminho e faz com que venham para a Terra. O segredo é colocar o nosso planeta, o corpo pesado e o objeto distante na mesma linha. Então imagine que você está olhando por um telescópio para um objeto próximo aos limites do universo. Normalmente, os únicos raios de luz que entrarão pelo seu telescópio são aqueles que viajaram em linha reta desde o objeto até o telescópio. Mas, imagine que entre você e o objeto distante está uma pequena galáxia. Raios de luz que iriam para outros lados, e nunca chegariam à Terra, agora são desviados em direção ao seu telescópio. Dessa maneira, um objeto pesado relativamente próximo da Terra pode atuar como uma lente de aumento para vermos um objeto distante.
Mas parecia tão improvável que a Terra, um objeto no espaço, e um outro objeto muito distante se alinhassem exatamente, que ninguém realmente achou que se fosse ver o fenômeno da lente gravitacional acontecer. Mas em 1979, astrônomos encontraram dois quasares muito distante, QSO 0957 +561 A e QSO 0957 +561 B, que pareciam ser absolutamente idênticos. Todos os quasares descobertos anteriormente eram totalmente diferentes uns dos outros, e, ainda assim, ali estavam dois quasares bem próximos entre si, que pareciam idênticos!! Depois de 8 meses de trabalho estafante, no qual os astrônomos fizeram a mais exaustiva pesquisa jamais feita sobre um objeto estelar, eles provaram que viram a primeira Lente Gravitacional de Einstein. Uma galáxia, em algum lugar entre nós e um único quasar distante, desviou a luz, nos fornecendo duas imagens distintas daquele quasar. Dependendo das distâncias envolvidas e da massa do corpo pesado, que serve de lente, podemos ter duas ou mais imagens do mesmo objeto (e as imagens podem ficar maiores ou menores, esticadas para a direita ou esquerda, de lado ou de cabeça para baixo ou até mesmo deformadas em formas "exóticas"). Subitamente em 1997 uma dessas lentes gravitacionais se tornou realmente útil. Por muitos anos, cientistas fizeram teorias sobre estrelas gigantes vermelhas. Essas estrelas são enormes (tão grandes quanto a órbita de Vênus ou da Terra)! Mas os astrônomos nunca tiveram uma chance de olhar "de perto" essas gigantes vermelhas, e testar suas teorias, porque nossos telescópios não tinham espelhos grandes o suficiente. Um pequeno telescópio no Observatório do Monte Stromlo captaram um súbito brilho de uma gigante vermelha localizada a 300.000 anos-luz de distância da Terra. Uma estrela entre a gigante vermelha e nós estava funcionando como lente gravitacional. Graças à intervenção dessa lente gravitacional, o telescópio tinha o poder de aumento de um espelho de 24 quilômetros de diâmetro (cerce de 8.000 vezes maior que o telescópio espacial Hubble). Nos 20 dias seguintes esta lente gravitacional lentamente varreu a face da estrela gigante vermelha, permitindo a visão e análise completas da estrela. A teoria que os astrônomos tinham, previa que certas substâncias químicas pesadas, como óxido de titânio, por exemplo, deveriam estar presentes nas gigantes vermelhas em quantidades variáveis, dependendo de onde se estivesse olhando (no centro ou na superfície da estrela). Os astrônomos observaram e mediram, e descobriram que a teoria deles estava correta!! Essas fantásticas lentes gravitacionais recentemente descobertas farão mais do que atuar como lentes aleatórias. Elas vão nos ajudar a estudar os limites do universo, e talvez nos ajudem a explicar os 90% desconhecidos do universo. Essas lentes gravitacionais vão nos ajudar a desvendar os segredos mais profundos de nosso universo, enquanto farão a gravidade dar um espetáculo maravilhoso!
