O eclipse que revelou o Universo

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Uma visão do eclipse solar de 1919, observado em Sobral, Brasil. Arthur Eddington verificou a previsão de Einstein de que a gravidade poderia afetar o curso da luz das estrelas. Créditos: Arthur Eddington

Em 1919, astrônomos britânicos fotografaram um eclipse solar que revelou e provou que a luz das estrelas se curvam em torno do nosso Sol – afirmando a teoria da relatividade geral de Einstein.

É como um jogo de pinball cósmico. Os mundos se movem, e às vezes eles se alinham. Então você encontra-se olhando para o tubo de escuridão que é sombra da Lua, um buraco súbito no céu durante um eclipse solar total.

Tais momentos deixaram suas marcas na consciência humana – como os monólitos do filme clássico, “2001: Uma Odisséia no Espaço” – desde antes da história ter sido gravada.

Poucos eclipses tiveram mais impacto na história moderna como o que ocorreu em 29 de maio de 1919. Mais de seis minutos de escuridão varrendo desde a América do Sul até o outro lado do Atlântico, na África. Foi durante esse eclipse que o astrônomo britânico Arthur Eddington verificou se os raios de luz de estrelas distantes seriam arrancados de seus caminhos pelo campo gravitacional do Sol.

Isto afirmou a previsão da teoria da relatividade geral de Einstein, atribuindo a gravidade para uma curvatura na geometria do espaço-tempo, na qual gravidade poderia dobrar feixes de luz. “Luzes Distorcidas Nos Céus”, dizia uma manchete do The New York Times na época.

O relatório de Eddington fez de Einstein uma das primeiras celebridades do novo século 20 e o físico mais famoso do mundo, e marcou o início de um novo universo dinâmico, um mundo em que o espaço e o tempo poderiam se sacudir, crescer, dobrar, encolher, romper, colapsar em buracos negros e até mesmo desaparecer. As ramificações de sua teoria ainda estão se desenvolvendo; apenas dois anos atrás, as ondulações do espaço-tempo – ondas gravitacionais produzidas pela colisão de buracos negros – foram descobertas.

O astrônomo britânico Arthur Eddington, que descobriu que os raios de luz de estrelas distantes iriam dobrar-se a partir do campo gravitacional do Sol, uma afirmação de uma das previsões mais dramáticas da teoria da relatividade geral de Einstein. Crédito Oxford Arquivo Científico, via Getty Images

Mas o primeiro passo não foi fácil. Mesmo os avanços mais fundamentais da ciência podem ser reféns da sorte e inspiração.

O desvio da luz pela gravidade foi a previsão mais impressionte e óbvia da teoria de Einstein. Astrônomos vinham tentando detectar o efeito de eclipses solares desde antes mesmo do físico terminar de formular sua teoria. Ademais, natureza e política nem sempre cooperam-se.

Um dos primeiros a testar o experimento do eclipse foi Erwin Finlay-Freundlich, astrônomo do Observatório de Berlim que se tornou um grande impulsionador de Einstein. Freundlich liderou uma expedição para a Criméia em 1914 para observar um eclipse, mas a I Guerra Mundial começou e ele foi preso por espionagem antes do eclipse ocorrer. Uma equipe do Observatório Lick, na Califórnia, foi no seu lugar e tentou fotografar o eclipse da Crimeia – mas choveu.

“Devo confessar que eu nunca enfrentei antes uma situação de ter tudo estragado por nuvens”, disse William W. Campbell, líder frustrado da equipe. “Meu desejo é voltar para casa pela porta dos fundos e não ver ninguém.”

Pior, câmera especial do Lick foi apreendida pelos russos e não retornou a tempo para o próximo eclipse, na Venezuela, em 1916.

A próxima grande chance de provar que Einstein estava correto veio em 1918, quando a sombra da Lua era rastreada até o Rio Columbia entre Washington e Oregon. O Observatório Lick enviou outra equipe de observadores, mas a câmera ainda não estava de volta da Criméia e sua óptica improvisada ​​ficou aquém, deixando as estrelas parecendo como halteres difusos quando a escuridão caiu.

Assim, o Universo ainda estava esperando para ser deslumbrado em 1919, quando Eddington e seus colegas partiram para a África para observar o próximo eclipse. Astronomicamente, as perspectivas eram boas.  Durante o eclipse, o Sol iria passar antes de um grande aglomerado de estrelas conhecido como as Hyades, então deveria haver uma abundância de luzes brilhantes para observar.

Eddington era o homem certo para o trabalho. Um prodígio da matemática e professor na Universidade de Cambridge, ele tinha sido um dos primeiros conversos da nova teoria de Einstein, e um expositor entusiasmado para seus colegas e compatriotas.

A história diz que ele já foi elogiado por ser um das únicas três pessoas no mundo que compreenderam a teoria. Admoestando por falsa modéstia quando perguntado sobre ele ser a terceira pessoa no mundo a entender a difícil Teoria de Einstein, Eddington replicou que, pelo contrário, ele estava tentando pensar em quem era a terceira pessoa.

Instrumentos utilizados durante a expedição eclipse solar em Sobral, Ceará, Brasil. Créditos: SSPL, via Getty Images

A relatividade geral era obviamente verdadeira, disse ele mais tarde, que ela não tivesse sido, ele não teria se incomodado tentando prová-la.

A missão para comprovar a relatividade através dele foi um capricho da história. Eddington também foi um Quaker e assim se recusou a ser convocado para o exército. Seu chefe, Frank Dyson, o Astrônomo Real da Grã-Bretanha, salvou Eddington da prisão com a promessa de que ele iria realizar uma tarefa científica importante, ou seja, a expedição para testar a teoria de Einstein.

Eddington também esperava ajudar a reunir a ciência europeia, que tinha sido estilhaçada pela guerra. Os alemães estavam sendo essencialmente desconvidados de conferências. Agora, um inglês iria sair do país para provar a teoria de um alemão, Einstein, em plena Europa pós guerra.

De acordo com a versão final da teoria de Einstein, concluída em 1915, os raios de luz devem curvados em torno do Sol durante um eclipse, ou seja, a luz de estrelas próximas ao disco do Sol devem aparecer desviadas de suas posições normais por um ângulo de cerca de 1,75 segundo de arco, cerca de um milésimo da largura de uma lua cheia.

De acordo com a gravidade newtoniana à moda antiga, luz das estrelas seria desviada por apenas metade desse montante, 0,86 segundo, à medida que passasse pelo Sol durante um eclipse.

Um segundo de arco é aproximadamente o tamanho de uma estrela como ela se parece ao olho humano sob as melhores condições a partir de um observatório no topo da montanha. Mas a turbulência atmosférica e as exigências ópticas muitas vezes borram a luz das estrelas.

Assim, o trabalho de Eddington foi verificar se os borrões de luz  estavam fora de seus centros como Einstein havia previsto, ou metade desse montante – ou mesmo nenhum. Era Newton contra Einstein.

Não havia nenhuma pressão.

E se Eddington medisse duas vezes a deflexão de Einstein?” Perguntou Edwin Cottingham, um dos astrônomos da expedição. “Então Eddington vai ficar louco e você vai voltar para casa sozinho”, respondeu Dyson.

Para melhorar as chances de sucesso, duas equipes foram enviadas: Eddington e Cottingham para a ilha de Príncipe, na costa da África, e Charles Davidson e Andrew Crommelin para Sobral, no Brasil. A estratégia à prova de falhas quase não funcionou.

Em Sobral, o tempo estava excepcionalmente nublado, mas uma clareira nas nuvens abriu-se apenas um minuto antes da totalidade. A Lua eclipsou totalmente o Sol. Em Principe, choveu por uma hora e meia na manhã do eclipse, e Eddington tirou fotos através das nuvens passageiras, esperando que algumas estrelas aparecessem.

Algumas estrelas borradas eram visíveis em um par de suas chapas fotográficas, e um exame preliminar convenceu Eddington que as posições das estrelas tinham se movido durante o eclipse. Ele virou-se para seu colega e disse: “Cottingham, você não terá que ir para casa sozinho.”

No fim, há três conjuntos de placas a partir do qual a deflexão da luz estelar poderia ser medida. Os resultados de Eddington e seus colegas selaram o destino da teoria de Einstein.

Os dados mais belos tinham vindo de um telescópio irlandês em Sobral. As imagens indicaram uma deflexão de 1,98 segundos de arco – mais do que Einstein havia previsto.

Outro telescópio em Sobral, conhecido como um Astrógrafo, também produziu muitas imagens de estrelas, mas elas eram borradas e fora de foco, talvez porque o calor do Sol havia afetado o espelho do telescópio. As imagens deram um valor de 0,86 para a deflexão, aproximadamente alinhado com a teoria de Newton, mas com grandes incertezas.

Finalmente, havia o telescópio da ilha do Príncipe, que registrou apenas um grupo de estrelas, a partir do qual Eddington heroicamente derivou uma leitura de 1,61 segundos de arco.

Qual resultado Eddington deveria usar? Se ele fizesse uma média de todos os três, ele iria acabar no meio termo infeliz entre Newton e Einstein.

Uma manchete especial do The Times em novembro de 1919 que informou sobre os resultados da expedição de Arthur Eddington para estudar o eclipse solar desse ano.

Tudo dependia então de um melhor telescópio, quando os astrônomos e historiadores John Earman e Clark Glymour apontaram em um ensaio influente em 1980, a cifra de 1,98 teria lançado dúvidas sobre a teoria da relatividade geral de Einstein.

No final, Eddington acabou jogando fora os dados do Astrógrafo de Sobral com o fundamento de que ele não era confiável. Ambos  as deflexões completas das placas restantes “apontam para 1”.75 da teoria da relatividade generalizada de Einstein“, escreveu Dyson e os seus colegas em seu relatório oficial.

“Querida Mãe, tenho notícias felizes hoje”, escreveu Einstein quando ele ficou sabendo do resultado.

Astrônomos e historiadores têm argumentado desde então sobre se a crença de Eddington que ele já sabia a resposta levou-o a falsificar a análise do eclipse, deixando de fora o Astrógrafo deformado.

Em 2007, no entanto, Daniel Kennefick, astrofísico e historiador da Universidade de Arkansas, concluiu, após um estudo dos registros da expedição do eclipse que era Dyson, o astrônomo real, que tinha decidido excluir os resultados do Astrógrafo de Sobral. Dyson era bem conhecido por ser cético em relação a nova teoria de Einstein.

Eddington e Dyson estavam certos. O experimento foi repetido durante um eclipse em 1922 e em muitos outros eclipses ao longo dos anos, sempre com o mesmo resultado de Einstein. Com melhorias na tecnologia, hoje mesmo pequenas universidades podem fazer as observações necessárias.

Durante o eclipse de 21 de agosto vindouro, Bobby E. Powell, um físico da University of West Georgia, será refazer a experiência com seus alunos em um local perto de Lexington, SC. A sua universidade é apenas uma da meia dúzia que vão tentar o feito. Ele espera desenvolver um manual de laboratório para indivíduos ou escolas que podem querer fazê-lo durante o próximo eclipse nos céus americanos, em abril 2024.

Nos tempos modernos, algumas das medidas mais precisas da dobra de luz vêm de observações de radiogaláxias distantes. Em 2009 Edward Fomalont, do Observatório Nacional de Radioastronomia em Charlottesville, Va., e seus colegas, usaram um conjunto de antenas conhecidas como o Very Long Baseline Array para obter resultados que apoiaram as previsões de Einstein com 0,02% de erro.

Astrônomos, entretanto, aprenderam a usar as deflexões da luz e ampliar imensas galáxias com telescópios para estudar estrelas explodindo no outro lado do cosmos e mapear a misteriosa matéria escura que permeia o universo.

Em novembro de 1919, a notícia da vitória de Einstein foi anunciada ao mundo com pompa e circunstância em uma reunião conjunta da Royal Society e da Royal Astronomical Society, em Londres.

Presidindo a reunião, o físico JJ Thomson se referiu à relatividade geral como uma das maiores conquistas da humanidade, descrevendo-a como “um continente inteiro de novos fatos científicos.” Os buracos negros e o Big Bang aguardavam no futuro.

Na verdade, o que emergiu da sombra da Lua naquele dia de maio salpicado de nuvens foi um universo inteiramente novo.

Traduzido e adaptado de The New York Times.

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