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O legado de Vera Rubin, astrônoma brilhante e mãe da matéria escura

Vera Rubin, desenho de Bradley Wind

Uma das grandes frustrações de quem conhecia – e admirava – Vera Rubin é que, apesar de ela ter mudado os rumos da astrofísica com sua confirmação da existência de matéria escura no Universo, ela nunca ganhou o prêmio Nobel.

A astrônoma Emily Levesque, pesquisadora da Universidade de Washington, era uma das admiradoras de Rubin. Ano passado, em entrevista à Astronomy Magazine, Levesque enfatizou que a existência de matéria escura revolucionou o conceito que temos do Universo e toda a astronomia, e que “o esforço em entender o papel da matéria escura deu início a sub-campos inteiros em astrofísica e física de partículas até agora. O testamento de Alfred Nobel descreve que o prêmio de Física reconhece ‘a descoberta mais importante’ no campo da Física. Se a matéria escura não se encaixa nesta descrição, não sei o que se encaixa”. Um estudo que desafia as leis de movimento elaboradas por Newton certamente se encaixaria na descrição.

Vera Rubin era astrônoma. Mais do que isso, era uma advogada aguerrida pelo direito de mulheres pesquisarem o que quiserem – principalmente nas ciências exatas, onde ela fez carreira. Este era um lugar que, na década de 1950, tinha um “teto de vidro” um bocado mais espesso para as mulheres ultrapassarem do que o de hoje. E Vera o ultrapassou, tornando-se um exemplo para muitas cientistas que vieram depois dela.

O caminho das pedras foi longo. Depois de se graduar no Vassar College em 1948 – segundo Dennis Overbye em um texto para o New York Times, a escolha se deu porque Maria Mitchell, primeira norte-americana a descobrir um cometa, havia ensinado lá – Rubin queria fazer doutorado na Universidade de Princeton. Mas como na época a universidade não admitia mulheres, ela foi estudar em Cornell, onde obteve seu mestrado. Fez seu doutorado na Universidade de Georgetown tempos depois, estudando galáxias distantes e sendo mãe de quatro crianças.

Rubin foi a primeira mulher a obter autorização para fazer observações no Observatório de Palomar, em San Diego (operado pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia, o CalTech). Em 1965 não havia banheiro para mulheres por lá. Neta Bahcall, pesquisadora da Universidade de Princeton que foi colega da astrônoma, lembra de um episódio pitoresco: Rubin foi para seu quarto, cortou papel em forma de saia e pregou no sinal de “homens” na porta do banheiro. “Ela disse, ‘agora sim, agora temos um banheiro de mulheres’”, contou Bahcall à revista Astronomy Magazine.

Em outra ocasião, em entrevista à CNN, Bahcal disse que Rubin cavava oportunidades que não existiam para mulheres da época. Ela insistiu para que mulheres fossem admitidas no Cosmos Club, um clube social privado na Universidade de Princeton. “Ela brigou com eles até que finalmente aceitaram mulheres, mas de uma forma muito tranquila. Era muito difícil ficar bravo com ela”. Não raramente, Rubin era uma voz pública defendendo o acesso de mulheres a carreiras científicas, já tendo conversado sobre o assunto com Hillary Clinton, então primeira-dama dos Estados Unidos.

A ciência que ela fez foi, sem dúvida, impactante. Na década de 1970, trabalhando com seu colega Kent Ford no Instituto Carnegie de Ciência em Washington, EUA, Rubin observava a galáxia de Andrômeda, a mais próxima da nossa Via Láctea, quando percebeu um fenômeno interessante. Ao contrário do que previra Isaac Newton, as estrelas na área central da galáxia não se moviam com velocidade maior do que as localizadas nas partes mais externas dela. As estrelas nas bordas de Andrômeda giravam tão depressa que a galáxia teria que se desfazer, segundo as leis de Newton – mas a galáxia continuava lá, como que segurada por alguma força. Do estudo de Andrômeda (e de outras galáxias posteriormente), surgiu a hipótese sobre a matéria escura. Esta matéria escura, sabemos hoje, preenche mais de 70% do Universo e não emite nem absorve luz, interagindo fracamente com o restante da matéria que existe, formada por prótons, elétrons e nêutrons.

A descoberta chacoalhou a Física e rendeu à cientista diversos prêmios ao longo de sua vida, mas não o que muitas (e muitos) cientistas esperavam. O Nobel, ou o ápice do reconhecimento acadêmico, tem apenas duas laureadas em Física até hoje: Marie Curie, em 1903, e Maria Goeppert Mayer, em 1963. Vale lembrar que a premiação acontece desde 1901 e já agraciou mais de 900 personalidades entre cientistas, escritores e ativistas. Dos premiados, apenas 49 são mulheres.

Mas talvez Rubin não se importasse tanto com isso a ponto de lhe tirar o ânimo de seguir em frente – e continuou até dezembro do ano passado, quando faleceu aos 88 anos. Rebecca Oppenheimer, astrofísica do Museu Americano de História Natural, lembra de um conselho da mentora em conversa com o New York Times. 

“Não deixe ninguém te colocar para baixo por razões estúpidas como quem você é”.

 “E não se preocupe com prêmios e fama. O prêmio de verdade é encontrar algo novo lá fora”.

— Vera Rubin

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Sobre legos que soltam puns quânticos ou a teoria da gravitação emergente

 

Cientistas também adoram bafão de novas descobertas e reviravoltas teóricas! Igual acompanhar celebridade em reality show!

Existe uma teoria da gravitação que, até então, é usada com a principal descrição dos fenômenos governados pela atração (ui!) que todos os corpos (ui, ui, ui!) sentem entre si. Em resumo, qualquer coisa que tenha matéria e/ou energia atrai e é atraída por outras coisas com matéria e/ou energia: átomos, pessoas, estrelas, abelhinhas, galáxias, etc. Claro que cada caso é um caso. Dependendo do tipo de estudo podemos fazer aproximações ou mesmo desconsiderar efeitos gravitacionais. Em outras situações, a força da gravidade é tão super intensa que, para podermos entender o quê está acontecendo, a gente não descarta nem um partezinha dos cálculos. Mas, no final das contas (ou melhor, pra fazer contas), quando falamos de gravitação, falamos na teoria de Einstein: massa e energia criam (e sentem) atração por outros objetos com massa e/ou energia.

Qual é a treta? (Porque o mundo não é mundo se não rolarem umas tretas…) As tretas no caso são fenômenos que a teoria da gravitação do Einstein (que daqui por diante vamos chamar de TGE) não consegue explicar. As tretas mais pops são a energia escura e a matéria escura. Têm outras tretas também. Tem treta que uma galera chama de treta enquanto outra galera vai dizer que é mimimi… ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

Enfim, voltando as tretas! Tipo, se a gente contar tooooda a matéria e energia que existe e usarmos a TGE (sim, temos maneiras diferentes de fazer essa contagem), as cientistas e os cientistas não conseguem explicar a expansão acelerada que observam no Universo. Daí, a energia escura entra em cena como a responsável pela aceleração e o nome escura foi dado porque, a princípio, ela não é observável de nenhuma outra forma a não ser nesse contexto em que falta alguma coisa pra explicar essa aceleração…

Já a outra treta, a matéria escura, foi formulada porque quando a gente conta a matéria (a massa) nas galáxias e nos conjuntos de galáxias e comparamos com a velocidade das estrelas nessas mesmas galáxias, os cálculos da TGE não fecham e a impressão que dá é a que deveria ter mais matéria nas galáxias e afins pra justificar a velocidade das estrelas… a não ser que (música de suspense) exista uma matéria extra, uma matéria adicional, que não interage do jeito usual (a galera chama matéria usual de matéria bariônica). Eis aqui, amiguinhas e amiguinhos, que essa matéria extra é a badalada matéria escura!

E essas são duas das tretas mais tensas da física. Tem gente que procura matéria escura, tem gente que trabalha sugerindo correções na TGE e tem gente que busca novas teorias para substituir a TGE e que sejam capazes de resolver as tretas.

Tem também uma treta monumental que diz respeito ao fato da TGE e a teoria quântica não se darem muito bem. Veja, essas duas teorias (quântica e TGE) são capazes de descrever inúmeros fenômenos que observamos na Natureza e, por isso, são consideradas tipo as pedras preciosas da física, e quiça da ciência! Só que quando a gente tenta descrevê-las com a mesma formulação, o negócio dá ruim… Mas dá ruim de um jeito que mané acha que a teoria quântica não está apresentada na melhor formulação possível. Tem gente que se ler essa última frase vai ter vontade de virar a mão na minha cara (figurativamente, eu espero) e vai dizer que é óbvio que o problema é na TGE. E têm outros ainda que vão fazer facepalm e dizer que nenhuma nem outra tem formulação ideal. Mas todos vão concordar que os resultados da TGE e da teoria quântica devem ser reobtidos por qualquer teoria que ouse redescrever uma ou ambas teorias.

Nesse contexto surge a teoria das cordas. Essa teoria propõe uma unificação entre a descrição quântica e a gravitacional, na qual as partículas elementares (em descrição unidimensional) são representadas como cordas (em duas dimensões) e, assim, características como a carga e a massa são observadas do ponto de vista unidimensional enquanto uma das vibrações da corda estaria associada ao gráviton, que é a partícula quântica responsável pela força gravitacional.

Tá! Ufff… (respira!) Aí que lá por volta dos anos 90, uns caras chamados t’Hooft e Susskind estavam estudando como buracos negros perdem energia. Sim! Aquele papo de que “nada escapa de um buraco negro” não é bem assim… Buracos negros soltam uns punzinhos quânticos vez ou outra, conforme previsto pela radiação Hawking. (Ou não soltam! Mas essa não é treta pra hoje). Mas, então, foi estudando a radiação emitida pelos buracos negros que esses caras (cada um no seu quadrado) desenvolveram o princípio holográfico. Esse princípio é formulado dentro da estrutura da teoria de cordas e diz que toda a informação no Universo pode ser descrita em uma superfície de 3 dimensões. Se lembrarmos que a TGE é descrita em 4 dimensões (3 representando o espaço e 1 para o tempo), o princípio holográfico nos diz que a 4 dimensão nada mais é do que um reflexo da informação contida em outras 3: ele reduz as dimensões nas quais a informação está contida.

Do princípio holográfico sai um monte de coisas legais. Uma delas é a teoria da gravitação emergente do físico Erik Verlinde, da Universidade de Amsterdã. Em 2010 ele publicou um artigo apresentando uma nova teoria da gravitação combinando o princípio holográfico e, por consequência, a teoria de cordas. Para gente entender qual é o grande barato da teoria emergente é importante lembrar que os cientistas descrevem o mundo (tudo o que existe!) através de 4 forças fundamentais: força fraca, força forte, força eletromagnética e força gravitacional. Ou seja, para ciência, qualquer coisa que exista sente uma ou mais das forças fundamentais. Aí, Verlinde pega e diz: “olha, gente, a força da gravidade não é fundamental não. Na verdade, o espaço-tempo é formado por uns uns bloquinhos, um legos pequeninhos de informação que a gente não detecta mas que tão lá. Quando esses legozinhos de informação interagem entre si, a temperatura deles aumenta e isso gera um efeito que, em larga escala, a gente mede como interação gravitacional. Ou seja, a gravitação é apenas o efeito que emerge dos punzinhos quânticos que os legozinhos de informação soltam quando interagem uns com os outros!”. (Som de cérebros explodindo).

Infelizmente o Erik não disse isso com essas palavras (apesar de que seria muito legal) e se você quiser dar uma olhada no texto original (em inglês), clica aqui. Depois disso, no final de 2016, Erik sacudiu o mundo de novo com uma nova notícia. Ele usou a teoria emergente para calcular a velocidade das estrelas ao redor da Via Láctea e também de algumas outras estrelas em outras galáxias e encontrou resultados que estão super de acordo com as observações! E isso sem usar hipótese da matéria escura!!! Geral ficou empolgadaço! Você se lembra, né? Quando a gente tava falando das tretas lá em cima, a matéria escura é uma das tretas cabeludas que a TGE não dá conta. E, conseguir resolver isso, assim, na elegância teórica, é muito bonito. O texto original tá em inglês aqui.

Então, tá resolvido? A teoria emergente vai substituir a teoria da gravitação do Einstein? Talvez sim, talvez não. Tem muito mais angu nesse caroço. De fato alguma ideia (ou muitas) um dia servirão para explicar os fenômenos quânticos e gravitacionais através do mesmo formalismo. Mas hoje não. Pode ser que a teoria emergente dê uma boa direção às próximas pesquisas e pode ser que ela própria seja a substituta da TGE. Ou não! Por enquanto o que dá para dizer é que tem uma galera muito empolgada trabalhando nessa ideia. E era essa a fofoca que eu queria contar para vocês 🙂

O que a gente diz para uma teoria que tenta substituir a teoria da gravitação de Einstein? — Hoje não!