Uma nova análise de dados obtidos com o Very Large Telescope (VLT) do ESO e outros telescópios sugere que as órbitas das estrelas em torno do buraco negro supermassivo situado no centro da Via Láctea mostram os efeitos sutis previstos pela teoria da relatividade geral de Einstein.
© ESO/M. Parsa/L. Calçada (órbitas de 3 estrelas próximas do Centro Galáctico)
A órbita da estrela S2 parece desviar-se ligeiramente do percurso calculado pela física clássica. Este resultado é um prelúdio a medições muito mais precisas e testes de relatividade que serão executados pelo instrumento GRAVITY quando a estrela S2 passar muito perto do buraco negro em 2018.
No centro da Via Láctea, a 26.000 anos-luz de distância da Terra, situa-se o buraco negro supermassivo mais próximo de nós, com uma massa de 4 milhões de vezes a massa do Sol. Um pequeno grupo de estrelas orbitam a alta velocidade no forte campo gravitacional do buraco negro. Trata-se do ambiente perfeito para testar a física gravitacional e, em particular, a teoria da relatividade geral de Einstein.
Uma equipe de astrônomos alemães e checos aplicou novas técnicas de análise a observações já existentes das estrelas que orbitam o buraco negro, obtidas durante os últimos 20 anos. A equipe comparou as medições das órbitas das estrelas com previsões feitas, tanto com a teoria da gravidade clássica de Newton como com a teoria da relatividade geral de Einstein.
Os pesquisadores encontraram indicações de um pequeno desvio no movimento de uma das estrelas, chamada S2, consistente com as previsões da relatividade geral. S2 é uma estrela com 15 vezes a massa solar que se encontra numa órbita elíptica em torno do buraco negro supermassivo. Tem um período orbital de cerca de 15,6 anos e chega a aproximar-se do buraco negro 17 horas-luz, ou seja, cerca de 120 vezes a distância média entre a Terra e o Sol. O desvio devido a efeitos relativísticos é pequeno na forma da órbita e de cerca de 1/6 de grau na orientação da órbita. Se confirmada, esta terá sido a primeira vez que se conseguiu fazer uma medição da intensidade dos efeitos da relatividade geral em estrelas que orbitam um buraco negro supermassivo.
Observa-se um efeito semelhante mas muito menor na órbita do planeta Mercúrio no Sistema Solar, tendo esta sido uma das melhores medições e uma das mais antigas evidências, do final do século XIX, que sugeriram que a visão de Newton relativa à gravidade não estaria completa e que uma nova aproximação seria necessária para compreender a gravidade no caso de forças mais intensas. Este resultado culminou com a publicação por Einstein da sua teoria da relatividade geral, baseada no espaço-tempo curvo, em 1915. Quando as órbitas das estrelas ou planetas são calculadas usando a relatividade geral, em vez da gravidade newtoniana, a sua evolução é diferente. As previsões dos pequenos desvios na forma e orientação das órbitas são diferentes nas duas teorias e podem por isso ser comparados a medições para testar a validade da relatividade geral.
A elevada precisão das medições de posição, possível graças aos instrumentos de óptica adaptativa do VLT operando no infravermelho próximo, foi essencial para o sucesso deste estudo, tendo sido vital não apenas durante a aproximação da estrela ao buraco negro, mas particularmente durante o período de tempo em que S2 se encontrava mais afastada do buraco negro. Estes últimos dados permitiram determinar exatamente a forma da órbita.
Para além de informação mais precisa sobre a órbita de S2, a nova análise também fornece a massa do buraco negro e a sua distância à Terra com um elevado grau de precisão. A equipe determinou uma massa de 4,2 milhões de vezes a massa do Sol para o buraco negro e uma distância de 8,2 kpc (kiloparsec).
Esta análise é precursora de um interessante período de observações do Centro Galáctico que será realizado por astrônomos em todo o mundo. Durante 2018 a estrela S2 irá aproximar-se bastante do buraco negro supermassivo. Neste momento o instrumento GRAVITY, desenvolvido por um grande consórcio internacional liderado pelo Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, na Alemanha, e instalado no Interferômetro do VLT, estará disponível para ajudar a medir órbitas com muito mais precisão do que o atualmente possível. Espera-se que o GRAVITY, que já se encontra fazendo medições de alta precisão do Centro Galáctico, revele não só os efeitos da relatividade geral muito claramente, mas também permita aos astrônomos procurar desvios à relatividade geral que possam revelar uma nova física.
Este trabalho será publicado no periódico Astrophysical Journal.
Fonte: ESO
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