Uma das previsões da teoria geral da relatividade de Einstein é que qualquer corpo girando arrasta com ela o próprio tecido do espaço-tempo na sua vizinhança. Isto é conhecido como “frame-dragging”.

Na vida quotidiana, o frame-dragging é ao mesmo tempo indetectável e inconsequente, pois o efeito é tão ridiculamente pequeno. Detectar o frame-dragging causado por todo o spin da Terra requer satélites como a Sonda de Gravidade B de 750 milhões de dólares e a detecção de alterações angulares em giroscópios equivalentes a apenas um grau a cada cerca de 100.000 anos.

Felizmente para nós, o Universo contém muitos laboratórios gravitacionais naturais onde os físicos podem observar as previsões de Einstein no trabalho com detalhes requintados.

A pesquisa da nossa equipe, publicada hoje na Science, revela evidências de frame-dragging em uma escala muito mais perceptível, usando um radiotelescópio e um par único de estrelas compactas que chocam à volta umas das outras a velocidades vertiginosas.

O movimento dessas estrelas teria deixado os astrônomos perplexos no tempo de Newton, pois elas se movem claramente em um espaço-tempo deformado, e requerem a teoria geral da relatividade de Einstein para explicar suas trajetórias.

A relatividade geral é a base da teoria gravitacional moderna. Ela explica o movimento preciso das estrelas, planetas e satélites, e até mesmo o fluxo do tempo. Uma de suas previsões menos conhecidas é que os corpos girando arrastam o espaço-tempo com eles. Quanto mais rápido um objeto gira e quanto mais massivo ele é, mais poderoso é o drag.

Um tipo de objeto para o qual isto é muito relevante é chamado de anão branco. Estes são os núcleos restantes das estrelas mortas que já foram várias vezes a massa do nosso Sol, mas que desde então esgotaram o seu combustível hidrogénio.

O que resta é semelhante em tamanho à Terra, mas centenas de milhares de vezes mais massivo. As anãs brancas também podem girar muito rapidamente, girando a cada minuto ou dois, em vez de a cada 24 horas como a Terra faz.

A armação causada por tal anã branca seria cerca de 100 milhões de vezes tão poderosa quanto a da Terra.

Isso é tudo muito bom, mas não podemos voar para uma anã branca e lançar satélites em torno dela. Felizmente, porém, a natureza é gentil com os astrônomos e tem sua própria forma de nos deixar observá-los, através de estrelas em órbita chamadas pulsares.

Vinte anos atrás, o radiotelescópio Parkes do CSIRO descobriu um par estelar único que consiste de uma anã branca (mais ou menos do tamanho da Terra, mas cerca de 300.000 vezes mais pesada) e um pulsar de rádio (apenas do tamanho de uma cidade, mas 400.000 vezes mais pesado).

Comparado com as anãs brancas, os pulsares estão em outra liga ao todo. Eles não são feitos de átomos convencionais, mas de nêutrons bem juntos, tornando-os incrivelmente densos. Além disso, o pulsar em nosso estudo gira 150 vezes a cada minuto.

Isso significa que, 150 vezes a cada minuto, um “feixe de luz” de ondas de rádio emitidas por este pulsar varre além de nosso ponto de vantagem aqui na Terra. Podemos usar isso para mapear o caminho do pulsar enquanto ele orbita a anã branca, cronometrando quando seu pulso chega ao nosso telescópio e conhecendo a velocidade da luz. Este método revelou que as duas estrelas orbitam uma à outra em menos de 5 horas.

Este par, oficialmente chamado PSR J1141-6545, é um laboratório gravitacional ideal. Desde 2001, temos caminhado para Parkes várias vezes ao ano para mapear a órbita deste sistema, que exibe uma infinidade de efeitos gravitacionais Einsteinianos.

Mappear a evolução das órbitas não é para os impacientes, mas as nossas medidas são ridiculamente precisas. Embora a PSR J1141-6545 esteja a várias centenas de quadriliões de quilómetros (um quadrilhão é um milhão de milhões), sabemos que o pulsar gira 2,5387230404 vezes por segundo, e que a sua órbita está a cair no espaço.

Isto significa que o plano da sua órbita não é fixo, mas sim que roda lentamente.

Como é que este sistema se formou?

Quando nascem pares de estrelas, a mais maciça morre primeiro, criando muitas vezes uma anã branca. Antes da segunda estrela morrer, ela transfere matéria para a sua companheira anã branca.

Forma-se um disco à medida que este material cai em direcção à anã branca, e ao longo de dezenas de milhares de anos ela inverte a anã branca, até que ela gira a cada poucos minutos.

Em casos raros como este, a segunda estrela pode então detonar numa supernova, deixando para trás um pulsar. A anã branca que gira rapidamente arrasta o espaço-tempo com ela, fazendo com que o plano orbital do pulsar se incline à medida que ele é arrastado. Esta inclinação é o que observamos através do mapeamento paciente da órbita do pulsar.

O próprio Einstein pensou que muitas das suas previsões sobre espaço e tempo nunca seriam observáveis. Mas os últimos anos têm visto uma revolução na astrofísica extrema, incluindo a descoberta de ondas gravitacionais e a imagem de uma sombra de buraco negro com uma rede mundial de telescópios. Essas descobertas foram feitas por instalações de bilhões de dólares.

Felizmente ainda há um papel na exploração da relatividade geral para radiotelescópios de 50 anos como o de Parkes, e para campanhas de pacientes por gerações de estudantes de pós-graduação.

Matthew Bailes, Laureate Fellow ARC, Swinburne University of Technology, Swinburne University of Technology e Vivek Venkatraman Krishnan, Scientific staff, Max Planck Institute.

Este artigo é republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.