Um Estudo Radical da NASA Aponta Que Navegação Espacial em Formação Poderia Revelar Uma Nova Física

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Credito: NASA/GSFC/SDO

Uma erupção solar acontece no Sol.

 

Um estudo divulgado na 'Physical Review D', elaborado por uma equipe de cientistas de universidades dos Estados Unidos e do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, sugere que naves espaciais voando em uma formação tetraédrica e utilizando interferômetros poderiam ser fundamentais para descobrir novos aspectos da física. Esse artigo foi detalhado em uma fascinante matéria publicada dia 12/04 no portal 'Universe Today' ao qual faço uma releitura abaixo:

 

De acordo com o portal, estamos vivendo um período emocionante para os campos da astronomia, astrofísica e cosmologia. Graças aos avanços em observatórios, instrumentos e técnicas de última geração, os cientistas estão se aproximando cada vez mais de testar experimentalmente teorias que até então não haviam sido amplamente comprovadas. Estas teorias abordam questões cruciais sobre o Universo e as leis físicas que o regem, como a verdadeira natureza da gravidade, da Matéria Escura e da Energia Escura. Há décadas, os cientistas têm especulado sobre a presença de uma física adicional ou sobre a necessidade de revisão do nosso modelo cosmológico atual.

 

Enquanto a pesquisa sobre a Matéria Escura e a Energia Escura avança, há também esforços para desvendar esses enigmas através da possibilidade de novas descobertas na física. Recentemente, uma equipe da NASA propôs um método pelo qual espaçonaves poderiam buscar sinais de física adicional dentro de nosso sistema solar. Eles argumentam que a utilização de naves voando em formação tetraédrica e interferômetros poderia ser crucial nessa busca, potencialmente resolvendo um mistério cosmológico que intriga os cientistas há mais de meio século.

 

A iniciativa foi liderada por Slava G. Turyshev, professor associado de física e astronomia na Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA), e pesquisador do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA. Ele contou com a colaboração de Sheng-wey Chiow, físico experimental da NASA JPL, e Nan Yu, professor associado da Universidade da Carolina do Sul e pesquisador sênior da NASA JPL. O artigo desses pesquisadores foi recentemente publicado online e aceito para publicação na revista Physical Review D.

 

Crédito: NASA/ESA

Um novo estudo mostra como medir o campo gravitacional do Sol poderia buscar física adicional.

 

Slava G. Turyshev possui uma vasta experiência em pesquisa espacial, tendo integrado a equipe científica da missão Gravity Recovery And Interior Laboratory (GRAIL). Em estudos anteriores, Turyshev e sua equipe exploraram o potencial revolucionário de uma missão focada na lente gravitacional solar (SGL) para a astronomia. Este projeto conceitual recebeu financiamento da Fase III em 2020 pelo programa Innovative Advanced Concepts (NIAC) da NASA. Em uma pesquisa anterior, em colaboração com o astrônomo do SETI, Claudio Maccone, ele também investigou como civilizações avançadas poderiam usar as SGLs para transmitir energia entre sistemas solares.

 

Em termos simples, a lente gravitacional é um fenômeno onde os campos gravitacionais influenciam a curvatura do espaço-tempo em sua proximidade. Este fenômeno foi inicialmente previsto por Einstein em 1916 e confirmado por Arthur Eddington em 1919, validando sua Teoria da Relatividade Geral (GR). No entanto, entre as décadas de 1960 e 1990, observações relacionadas às curvas de rotação de galáxias e à expansão do Universo levaram ao surgimento de novas teorias sobre a gravidade em escalas cósmicas mais amplas. Por um lado, para harmonizar essas observações com a Teoria da Relatividade Geral, os cientistas sugeriram a existência de Matéria Escura e Energia Escura.

 

Por outro lado, surgiram teorias alternativas à gravidade convencional, como a Dinâmica Newtoniana Modificada (MOND) e a Gravidade Modificada (MOG). Paralelamente, alguns cientistas propuseram a possibilidade de que exista uma física adicional no cosmos ainda não descoberta. Turyshev expressou em uma comunicação por e-mail ao Universe Today:

 

"Estamos ansiosos para investigar os enigmas relacionados à energia e matéria escura. Apesar de termos descoberto esses fenômenos no último século, suas origens permanecem misteriosas. Se essas 'anomalias' forem resultado de uma nova física - fenômenos ainda não observados em laboratórios terrestres ou aceleradores de partículas - é viável que essa nova força possa se revelar em uma escala dentro do sistema solar."

 

Crédito: The Aerospace Corporation

Impressão artística de um telescópio proposto com Lente Gravitacional Solar.

 

Em seu estudo mais recente, Slava G. Turyshev e sua equipe exploraram a possibilidade de uma série de espaçonaves voando em formação tetraédrica para investigar o campo gravitacional do Sol. Turyshev explicou que essas pesquisas buscam identificar desvios das previsões da Relatividade Geral dentro da escala do Sistema Solar, algo que ainda não foi alcançado:

 

"Esses desvios são teoricamente previstos para se manifestar como valores diferentes de zero no tensor de gradiente de gravidade (GGT), que é essencialmente uma solução da equação de Poisson. Detectar esses desvios requer uma precisão muito superior às capacidades atuais - pelo menos em cinco ordens de magnitude. Com um nível tão elevado de precisão, vários efeitos já conhecidos introduzirão um ruído significativo. A estratégia proposta envolve realizar medições diferenciais para mitigar o impacto de forças conhecidas, permitindo assim a detecção das contribuições sutis, mas distintas de zero, para o GGT."

 

Turyshev detalhou que a missão utilizará técnicas de medição locais baseadas em uma série de interferômetros. Isso inclui a medição interferométrica a laser, uma técnica já validada pela missão Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO), que utiliza a medição a laser para monitorar oceanos, geleiras, rios e outras massas de água na Terra. A mesma metodologia será aplicada para estudar ondas gravitacionais pelo proposto Laser Interferometry Space Antenna (LISA), um observatório espacial baseado em interferometria a laser.

 

Além disso, as espaçonaves serão equipadas com interferômetros atômicos, que exploram as propriedades ondulatórias dos átomos para medir diferenças de fase entre as ondas de matéria atômica que percorrem diferentes trajetos. Essa abordagem possibilitará que as espaçonaves identifiquem e cancelem ruídos não gravitacionais, como atividade do propulsor, pressão da radiação solar e forças de recuo térmico, até o nível necessário. Voar em formação tetraédrica otimizará a capacidade das espaçonaves de comparar suas medições.

 

"Utilizando a medição a laser, conseguiremos dados extremamente precisos sobre as distâncias e velocidades relativas entre as espaçonaves", afirmou Turyshev. "Além disso, sua precisão excepcional nos possibilitará medir a rotação de uma formação tetraédrica em relação a um referencial inercial (através dos observáveis de Sagnac), algo que seria inalcançável por outros métodos. Isso permitirá estabelecer e manter uma formação tetraédrica com base em um conjunto de medições locais."

 

Crédito: ESO/M. Kornmesser

Impressão artística do caminho da estrela S2 ao passar muito perto do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea.

 

Finalmente, essa missão tem como objetivo testar a Teoria da Relatividade Geral (GR) em escalas extremamente pequenas, uma área que tem sido notavelmente subexplorada até o momento. Embora os cientistas tenham investigado os efeitos dos campos gravitacionais sobre o espaço-tempo, essas pesquisas têm se concentrado principalmente no uso de galáxias e aglomerados de galáxias como lentes gravitacionais. Outros estudos envolvem observações de objetos compactos, como estrelas anãs brancas, e buracos negros supermassivos, como o Sagitário A* que está localizado no centro da nossa Via Láctea.

 

"Nosso objetivo principal é ampliar a precisão dos testes da Teoria da Relatividade Geral e de outras teorias gravitacionais em mais de cinco ordens de magnitude. Além disso, nossa missão possui objetivos científicos adicionais que serão detalhados em um próximo artigo. Estes objetivos adicionais incluem a verificação da Teoria da Relatividade Geral e outras teorias gravitacionais, a detecção de ondas gravitacionais na faixa de micro-Hertz - um espectro que atualmente está além das capacidades dos instrumentos existentes ou planejados - e a exploração de aspectos do sistema solar, como a possível existência do Planeta 9, entre outras investigações."

 

Leitura adicional: Physical Review D

 

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