Telescópio vê estrelas dançando em torno de um buraco negro supermassivo, provando que Einstein estava certo novamente

Observações feitas com o Very Large Telescope (VLT) do ESO revelaram pela primeira vez que uma estrela que orbita o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea se move exatamente como previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein.

Observações feitas com o Very Large Telescope (VLT) do ESO revelaram pela primeira vez que uma estrela que orbita o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea se move exatamente como previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein. Sua órbita tem a forma de uma roseta e não de uma elipse, como previsto pela teoria da gravidade de Newton. Esse efeito, conhecido como precessão de Schwarzschild, nunca fora medido para uma estrela em torno de um buraco negro supermassivo. A impressão deste artista ilustra a precessão da órbita da estrela, com o efeito exagerado para facilitar a visualização. Crédito: ESO / L. Calçada

Sua órbita tem a forma de uma roseta e não de uma elipse, como previsto pela teoria da gravidade de Newton. Esse resultado tão procurado foi possível graças a medições cada vez mais precisas ao longo de quase 30 anos, que permitiram aos cientistas desvendar os mistérios do gigante espreitando no coração de nossa galáxia.

"A Relatividade Geral de Einstein prevê que as órbitas atadas de um objeto em torno de outro não estão fechadas, como na Gravidade Newtoniana, mas precessam adiante no plano do movimento. Esse famoso efeito - visto pela primeira vez na órbita do planeta Mercúrio ao redor do Sol - foi o primeira evidência a favor da relatividade geral. Cem anos depois, agora detectamos o mesmo efeito no movimento de uma estrela que orbita a fonte compacta de rádio Sagitário A* no centro da Via Láctea. Este avanço observacional reforça a evidência de que Sagitário A* deve ser um buraco negro supermassivo de 4 milhões de vezes a massa do Sol", diz Reinhard Genzel, diretor do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) em Garching, Alemanha e arquiteto do programa de 30 anos que levou a esse resultado.

Localizado a 26.000 anos-luz do Sol, o Sagitário A* e o denso aglomerado de estrelas ao redor dele fornecem um laboratório único para testar a física em um regime de gravidade ainda inexplorado e extremo. Uma dessas estrelas, S2, varre o buraco negro supermassivo a uma distância mais próxima a menos de 20 bilhões de quilômetros (cento e vinte vezes a distância entre o Sol e a Terra), tornando-a uma das estrelas mais próximas já encontradas em órbita ao redor. o gigante maciço. Na sua aproximação mais próxima do buraco negro, o S2 está disparando pelo espaço a quase três por cento da velocidade da luz, completando uma órbita uma vez a cada 16 anos. "Depois de seguir a estrela em sua órbita por mais de duas décadas e meia, nossas medições requintadas detectam com robustez a precessão de Schwarzschild da S2 em seu caminho em torno de Sagitário A *", diz Stefan Gillessen, do MPE, que liderou a análise das medições publicada hoje em a revista Astronomy & Astrophysics.

A maioria das estrelas e planetas tem uma órbita não circular e, portanto, se aproximam e se afastam do objeto em que estão girando. A órbita de S2 recua, o que significa que a localização do seu ponto mais próximo do buraco negro supermassivo muda a cada turno, de modo que a próxima órbita seja girada em relação à anterior, criando uma forma de roseta. A Relatividade Geral fornece uma previsão precisa de quanto sua órbita muda e as medidas mais recentes desta pesquisa correspondem exatamente à teoria. Esse efeito, conhecido como precessão de Schwarzschild, nunca fora medido para uma estrela em torno de um buraco negro supermassivo.

O estudo com o VLT do ESO também ajuda os cientistas a aprender mais sobre a vizinhança do buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia. "Como as medições S2 seguem muito bem a Relatividade Geral, podemos estabelecer limites rigorosos sobre a quantidade de material invisível, como matéria escura distribuída ou possíveis buracos negros menores, presente em torno de Sagitário A *. Isso é de grande interesse para entender a formação e evolução dos buracos negros supermassivos ", dizem Guy Perrin e Karine Perraut, os principais cientistas franceses do projeto.

 

Este resultado é o culminar de 27 anos de observações da estrela S2 usando, durante a maior parte deste tempo, uma frota de instrumentos no VLT do ESO, localizado no deserto de Atacama, no Chile. O número de pontos de dados que marcam a posição e a velocidade da estrela atesta o rigor e a precisão da nova pesquisa: a equipe fez mais de 330 medições no total, usando os instrumentos GRAVITY, SINFONI e NACO. Como o S2 leva anos para orbitar o buraco negro supermassivo, foi crucial seguir a estrela por quase três décadas, para desvendar os meandros de seu movimento orbital.

A pesquisa foi conduzida por uma equipe internacional liderada por Frank Eisenhauer, do MPE, com colaboradores da França, Portugal, Alemanha e ESO. A equipe cria a colaboração GRAVITY, nomeada em homenagem ao instrumento que eles desenvolveram para o Interferômetro VLT, que combina a luz de todos os quatro telescópios VLT de 8 metros em um superescópio (com uma resolução equivalente à de um telescópio de 130 metros de diâmetro) A mesma equipe relatou em 2018 outro efeito previsto pela Relatividade Geral: eles viram a luz recebida de S2 sendo esticada para comprimentos de onda mais longos enquanto a estrela passava perto de Sagitário A*. "Nosso resultado anterior mostrou que a luz emitida pela estrela experimenta a Relatividade Geral. Agora mostramos que a própria estrela sente os efeitos da Relatividade Geral", diz Paulo Garcia, pesquisador do Centro de Astrofísica e Gravitação de Portugal e um dos principais cientistas do projeto GRAVITY.

Esquerda: Os pontos de dados para a órbita de S2 em torno de Sgr A* (cruz preta em (0,0)) foram coletados por diferentes instrumentos com o VLT por mais de 27 anos. Embora a órbita estelar pareça quase fechada nesta imagem, a pequena precessão de Schwarzschild é significativamente detectada e corresponde às previsões teóricas da relatividade geral. Este efeito é muito exagerado na representação artística acima. A figura à direita mostra que as posições da estrela (pontos turquesa) concordam com as previsões teóricas da relatividade geral (linha vermelha) dentro da imprecisão da medição. A previsão newtoniana (linha tracejada azul) é claramente excluída. Crédito: © MPE

Com o próximo telescópio extremamente grande do ESO, a equipe acredita que seria capaz de ver estrelas muito mais fracas orbitando ainda mais perto do buraco negro supermassivo. "Se tivermos sorte, poderemos capturar estrelas próximas o suficiente para que elas sintam a rotação, o giro, do buraco negro", diz Andreas Eckart, da Universidade de Colônia, outro dos principais cientistas do projeto. Isso significaria que os astrônomos seriam capazes de medir as duas quantidades, rotação e massa, que caracterizam Sagitário A * e definem o espaço e o tempo ao seu redor. "Esse seria novamente um nível completamente diferente de testar a relatividade", diz Eckart.

Esta pesquisa foi apresentada no artigo "Detecção da precessão de Schwarzschild na órbita da estrela S2 perto do buraco negro maciço do centro galáctico", que aparece em Astronomia e Astrofísica.

Via: Phys