Testes astrofísicos

Os telescópios Keck. Crédito: W. Keck Foundation.
O método que tem sido mais utilizado para a determinação do valor da constante de estrutura fina no universo recente (redshifts entre cerca de 1 e 3; como comparação, note-se que o reactor de Oklo corresponde a um redshift de 0,1) é o da observação de riscas de absorção (ou, menos frequentemente, de emissão) em espectros de quasares.

Os quasares são as fontes constantes de luz mais brilhantes do Universo. Cada um deles é mais de 100 vezes mais brilhante do que toda a Via Láctea, por exemplo. Pensa-se que a explicação mais simples para este facto é que cada quasar contém um buraco negro extraordinariamente pesado (com uma massa vários milhares de milhões de vezes superior à do Sol). À medida que a matéria é atraída para o buraco negro, é aquecida por forças de fricção e torna-se extremamente brilhante, acabando por cair dentro do horizonte do buraco negro para não mais ser vista.

Por serem tão brilhantes, os quasares podem ser vistos a distâncias enormes. A radiação dos quasares viaja até aos nossos telescópios atravessando uma série de nuvens de gás e poeira associadas a galáxias tão ténues que não conseguimos ver a luz que emitem. No entanto, elas absorvem uma parte da radiação do quasar. Assim, quando se obtêm espectros de quasares, vêm-se várias riscas de absorção que constituem impressões digitais de vários átomos presentes nessas nuvens. Em particular há várias riscas de metais como o magnésio, ferro, alumínio, silício, crómio, zinco, níquel, etc.

Mais uma vez, a impressão digital de cada átomo, e em particular a posição específica de cada risca, depende da constante de estrutura fina. Obtendo espectros de alta resolução é assim possível medir a constante de estrutura fina nestes espectros. Uma análise recente de espectros de mais de 100 quasares obtidos com o telescópio Keck (em Mauna Kea), por um grupo liderado por John Webb, da Universidade de New South Wales, obteve fortes indícios de que a constante de estrutura fina era menor entre os redshifts 1 e 3 aproximadamente. A variação detectada é cerca de 5 partes em 106, e os dados são estatisticamente inconsistentes (ao nível de 6 sigma) com uma não-variação. Este resultado, se for confirmado, é a primeira evidência de uma variação espaço-temporal de uma constante fundamental da natureza.

Uma representação esquemática do espectro de um quasar, e das riscas de absorção metálicas usadas para medir a constante de estrutura fina. Crédito: Michael Murphy (IoA, Cambridge).

Mais recentemente, um outro grupo contendo investigadores do Institut d'Astrophysique de Paris e da Universidade de S. Petersburgo (Ivanchik et al.) anunciou também evidências para uma variação no valor do quociente entre as massas do protão e electrão. Neste caso o resultado é baseado na análise dos dados de um único quasar a redshift 3, e estatisticamente trata-se de uma detecção a 3 sigma. Note-se que o método utilizado é bastante diferente (neste caso riscas de absorção de hidrogénio molecular), tal como o telescópio (VLT e não Keck). Por outro lado, do ponto de vista teórico é de esperar que o quociente entre as duas massas varie de facto se a constante de estrutura fina o fizer, embora a relação entre as duas variações não seja universal (ou seja, depende fortemente do modelo em questão).

Apesar de os método utilizados e as evidência encontradas parecerem robustas, é necessário, como sempre em ciência, procurar confirmações independentes deste resultado, e vários grupos estão a procurar fazê-lo. (Os métodos utilizados, apesar de conceptualmente simples, são na prática extremamente demorados e trabalhosos.) De facto, houve recentemente um aumento exponencial do interesse nesta área, quer de teóricos quer de observadores, que é bem visível por exemplo em conferências internacionais. Em particular, o grupo de cosmologia do Porto está a planear obter uma medição do valor da constante de estrutura fina a redshift 3 usando riscas de emissão de espectros de quasares obtidos com o VLT. Se tudo correr bem os resultados estarão disponíveis dentro de cerca de um ano.