quinta-feira, 26 de julho de 2018

Teste da relatividade geral realizado perto de buraco negro supermassivo

Observações obtidas com o Very Large Telescope (VLT) do ESO revelaram pela primeira vez os efeitos previstos pela relatividade geral de Einstein no movimento de uma estrela passando no campo gravitacional extremo existente próximo do buraco negro supermassivo situado no centro da Via Láctea.

Artist’s impression of S2 passing supermassive black hole at centre of Milky Way

© ESO/M. Kornmesser (ilustração da estrela S2 passando perto do buraco negro)

Este resultado, há muito procurado, representa o culminar de uma campanha de observações de 26 anos realizada com os telescópios do ESO no Chile.

Obscurecido pelas espessas nuvens de poeira, o buraco negro supermassivo mais perto da Terra situa-se a cerca de 26.000 anos-luz de distância, no centro da Via Láctea. Este monstro gravitacional, com uma massa de 4 milhões de vezes a massa solar, encontra-se rodeado por um pequeno grupo de estrelas que o orbitam a alta velocidade. Este meio extremo, o campo gravitacional mais forte da nossa Galáxia, é o local ideal para explorar a física gravitacional e, particularmente, testar a teoria da relatividade geral de Einstein.

Novas observações infravermelhas obtidas com os instrumentos extremamente sensíveis GRAVITY, SINFONI e NACO, montados no VLT, permitiram aos astrônomos acompanhar uma destas estrelas, chamada S2, à medida que passava muito perto do buraco negro durante Maio de 2018. No ponto da sua órbita mais próximo do buraco negro, a distância desta estrela ao objeto era menor que 20 bilhões de quilômetros e a sua velocidade era maior que 25 milhões de quilômetros por hora,quase 3% da velocidade da luz.

A estrela S2 orbita o buraco negro a cada 16 anos numa órbita altamente excêntrica que a aproxima deste objeto a uma distância de cerca de 20 bilhões de km, 120 vezes a distância da Terra ao Sol, ou cerca de quatro vezes a distância do Sol a Netuno, no ponto mais próximo do buraco negro. Esta distância corresponde a cerca de 1.500 vezes o raio de Schwarzschild do próprio buraco negro.

A equipe comparou medições de posição e velocidade obtidas pelo GRAVITY e pelo SINFONI, respectivamente, juntamente com observações anteriores de S2 obtidas com outros instrumentos, com previsões de gravidade newtoniana, relatividade geral e outras teorias de gravidade. Os novos resultados são inconsistentes com as previsões newtonianas mas estão em excelente acordo com a relatividade geral.

“Esta é a segunda vez que observamos a passagem de S2 próximo do buraco negro situado no nosso centro galático. No entanto, desta vez, devido à instrumentação disponível muito melhorada, fomos capazes de observar a estrela com uma resolução sem precedentes. Estas observações foram preparadas arduamente durante vários anos, uma vez que queríamos tirar o máximo partido desta oportunidade única de observar os efeitos da relatividade geral,” explica Reinhard Genzel do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), na Alemanha.

As novas medições revelam claramente um efeito chamado desvio para o vermelho gravitacional. A luz emitida pela estrela é “esticada” na direção dos maiores comprimentos de onda por efeito do campo gravitacional muito forte do buraco negro. E a variação do comprimento de onda da luz de S2 está precisamente de acordo com a variação prevista pela teoria da relatividade geral de Einstein. Trata-se da primeira vez que este tipo de desvio é observado no movimento de uma estrela em torno de um buraco negro supermassivo.

A equipe usou o SINFONI para medir a velocidade de S2 ao aproximar-se e a afastar-se da Terra e o instrumento interferométrico GRAVITY para fazer medições extremamente precisas das variações de posição de S2 de modo a poder definir-se a forma da sua órbita. As imagens criadas pelo GRAVITY são tão nítidas que conseguem mostrar o movimento da estrela de noite para noite à medida que esta passa perto do buraco negro.

Mais de cem anos após a publicação do seu artigo que descreveu as equações da relatividade geral, Einstein mostrou estar certo uma vez mais, e num laboratório muito mais extremo do que jamais poderia imaginar!

Espera-se conseguir revelar outro efeito relativístico no final do ano com observações de acompanhamento, uma pequena rotação da órbita da estrela, conhecida por precessão de Schwarzschild, à medida que S2 se afasta do buraco negro.

Este trabalho foi descrito no artigo científico intitulado “Detection of the Gravitational Redshift in the Orbit of the Star S2 near the Galactic Centre Massive Black Hole“, pela Colaboração GRAVITY, que foi publicado hoje na revista especializada Astronomy & Astrophysics.

Fonte: ESO

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