A gravidade pode existir sem massa, sugere novo estudo

Uma nova teoria controversa, que pode acabar com a interminável procura da matéria negra, sugere que o espaço-tempo tem defeitos topológicos em forma de conchas concêntricas, com uma fina camada de massa positiva dentro de uma camada exterior de massa negativa — que se anulam mutuamente.

O que é a gravidade sem massa? Tanto as leis revolucionárias de Newton, que descrevem o seu efeito universal, como a proposta de Einstein de um espaço-tempo com deformações, fazem-nos pensar que a gravidade pertence exclusivamente ao domínio da matéria.

Agora, um novo estudo sugere que a gravidade pode existir sem massa, eliminando convenientemente a necessidade de uma das substâncias mais elusivas do nosso Universo: a matéria negra.

A matéria negra, que acaba de sobreviver à notícia da sua morte, é uma massa hipotética e invisível que se pensa constituir 85% do volume total do Universo.

Originalmente concebida para explicar o facto de as galáxias se manterem unidas sob rotação a alta velocidade, ainda não foi observada diretamente, o que levou os físicos a propor todo o tipo de ideias fora do comum para evitar invocar este material esquivo como forma de tapar os buracos das teorias atuais.

A última proposta nesse sentido vem do astrofísico Richard Lieu, da Universidade do Alabama, que sugere que, em vez de a matéria negra unir galáxias, o Universo pode conter camadas finas, semelhantes a conchas, de “defeitos topológicos” que dão origem à gravidade sem qualquer massa subjacente.

No seu novo estudo, recentemente publicado na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Lieu começou por tentar encontrar outra solução para as equações de campo de Einstein, que relacionam a curvatura do espaço-tempo com a presença de matéria no seu interior.

Tal como Einstein descreveu na sua teoria da relatividade geral de 1915, o espaço-tempo deforma-se em torno de feixes de matéria e fluxos de radiação no Universo, dependendo da sua energia e momento. Essa energia está, evidentemente, relacionada com a massa na famosa equação de Einstein: E=mc².

Assim, a massa de um objeto está ligada à sua energia, que curva o espaço-tempo — e esta curvatura do espaço-tempo é o que Einstein descreveu como gravidade, um pouco mais sofisticada do que a aproximação da gravidade de Newton do século XVII como uma força entre dois objectos com massa.

Por outras palavras, a gravidade parece estar inextricavelmente ligada à massa. Mas não é necessariamente assim, afirma Lieu.

No seu estudo, Lieu começou por resolver uma versão simplificada das equações de campo de Einstein que permite uma força gravitacional finita na ausência de qualquer massa detetável.

“Os meus esforços foram motivados pela minha frustração com o status quo, nomeadamente a noção da existência da matéria negra apesar da falta de provas diretas durante um século inteiro”, explica Lieu, citado pelo Science Alert.

A solução de Lieu consiste em defeitos topológicos em forma de conchas concêntricas, que podem ocorrer em regiões muito compactas do espaço com uma densidade muito elevada de matéria, e que contêm uma fina camada de massa positiva dentro de uma camada exterior de massa negativa.

As duas massas anulam-se mutuamente, pelo que a massa total das duas camadas é exatamente zero. Mas quando uma estrela se encontra nesta concha, experimenta uma grande força gravitacional que a arrasta para o centro da concha.

Se estas sugestões controversas tiverem algum peso, “não há necessidade de perpetuar esta procura aparentemente interminável de matéria negra”, diz Lieu.

A próxima questão, então, é como confirmar ou refutar as conchas que Lieu propôs através de observações.

“A frequência crescente de observações de formação de galáxias em forma de anel e de concha no Universo fornece provas do tipo de fonte aqui proposto“, escreve Lieu no seu artigo, que admite que a solução proposta é “altamente sugestiva” e não pode, por si só, desacreditar a hipótese da matéria escura.

“Pode ser, na melhor das hipóteses, um exercício matemático interessante”, conclui Lieu. “Mas este exercício é a primeira prova matemática de que a gravidade pode existir sem massa“.