Nota de Imprensa

Telescópio do ESO observa estrela a “dançar” em torno de buraco negro supermassivo, provando uma vez mais que Einstein tinha razão

16 de Abril de 2020

Observações levadas a cabo com o Very Large Telescope do ESO (VLT) revelaram pela primeira vez que uma das estrelas em órbita do buraco negro supermassivo situado no centro da Via Láctea se desloca tal como previsto pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein. A sua órbita apresenta a forma de uma roseta e não a de uma elipse como previsto pela Teoria da Gravitação de Newton. Este resultado, procurado há muito tempo, foi possível graças a medições cada vez mais precisas executadas durante 30 anos, que permitiram aos cientistas desvendar os mistérios do monstro que se esconde no coração da nossa Galáxia.

“A Relatividade Geral de Einstein prevê que as órbitas ligadas de um objeto em torno de outro não são fechadas, como descrito na Gravitação Newtoniana, mas que precessam na direção do plano do movimento. Este efeito famoso — observado pela primeira vez na órbita que o planeta Mercúrio descreve em torno do Sol — tratou-se da primeira evidência a favor da Relatividade Geral. Detectámos agora, um século mais tarde, este mesmo efeito no movimento de uma das estrelas que orbita a fonte rádio compacta Sagitário A*, situada no centro da Via Láctea. Esta descoberta observacional fortalece a evidência que aponta para Sagitário A* ser um buraco negro supermassivo com 4 milhões de massas solares,” diz Reinhard Genzel, Diretor do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) em Garching, Alemanha, e o cientista por detrás do programa de 30 anos que deu origem a este resultado.

Situado a 26 000 anos-luz de distância do Sol, Sagitário A* e o enxame estelar denso que o rodeia fornecem-nos um laboratório único para testar a Física num regime de gravidade extrema, que, se assim não fosse, permaneceria inexplorado. Uma destas estrelas, a S2, desloca-se em direção ao buraco negro atingindo uma proximidade de 20 mil milhões de km (o que corresponde a cento e vinte vezes a distância entre o Sol e a Terra), sendo assim uma das estrelas mais próximas encontradas em órbita do gigante massivo. Na sua máxima aproximação ao buraco negro, a S2 desloca-se pelo espaço a uma velocidade de quase 3% da velocidade da luz, completando uma órbita a cada 16 anos. “Depois de seguirmos a estrela na sua órbita durante mais de duas décadas e meia, as nossas medições extremamente precisas detectam de forma robusta a precessão de Schwarzschild no percurso da S2 em torno de Sagitário A*,” explica Stefan Gillessen do MPE, que liderou a análise das medições publicada hoje na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics.

A maioria das estrelas e planetas têm uma órbita não circular e por isso o seu deslocamento afasta-as e aproxima-as do objeto que orbitam. A órbita da S2 precessa, o que significa que a localização do ponto mais próximo do buraco negro supermassivo muda a cada órbita, de tal modo que a órbita seguinte se encontra rodada relativamente à anterior, fazendo assim com que o seu percurso siga a forma de uma roseta. A Relatividade Geral dá-nos uma previsão precisa de quanto é que a órbita muda e as medições mais recentes correspondem exatamente à teoria. Este efeito, chamado precessão de Schwarzchild, nunca tinha sido medido anteriormente numa estrela em órbita de um buraco negro supermassivo.

Este estudo levado a cabo com o auxílio do VLT do ESO ajuda também os cientistas a compreender melhor o que se passa na vizinhança do buraco negro supermassivo situado no centro da nossa Galáxia. “Uma vez que as medições da S2 seguem tão bem a Relatividade Geral, podemos colocar limites rigorosos na quantidade de matéria invisível — tal como matéria escura distribuída ou buracos negros mais pequenos — que circunda Sagitário A*. Isto é importante para percebermos a formação e evolução dos buracos negros supermassivos,” dizem Guy Perrin e Karine Perrault, os cientistas líderes do projeto em França.

Este resultado trata-se do culminar de 27 anos de observações da estrela S2, usando, na maior parte do tempo, uma frota de instrumentos instalados no VLT do ESO, situado no deserto chileno do Atacama. O número de dados que marcam a posição e velocidade da estrela atesta bem a exaustividade e precisão deste novo trabalho de investigação: a equipa efetuou mais de 330 medições no total, usando os instrumentos GRAVITY, SINFONI e NACO. Uma vez que a estrela leva vários anos a completar uma órbita em torno do buraco negro, foi crucial seguir a estrela durante quase três décadas para que pudessem ser reveladas as complexidades do seu movimento orbital.

Este trabalho foi levado a cabo por uma equipa internacional liderada por Frank Eisenhauer do MPE com colaboradores de França, Portugal, Alemanha e do ESO. Esta equipa compõe a colaboração GRAVITY, nome retirado do instrumento desenvolvido para o Interferómetro do VLT, o qual combina a radiação colectada pelos quatro Telescópios Principais de 8 metros do VLT, transformando-os num super-telescópio com uma resolução equivalente a um telescópio de 130 metros de diâmetro. Em 2018, esta mesma equipa revelou outro efeito previsto pela Relatividade Geral, ao observar a radiação emitida pela S2 a ser esticada no sentido dos comprimentos de onda maiores, na altura em que esta estrela passou perto de Sagitário A*. “O nosso resultado anterior mostrou que a radiação emitida pela estrela sofre os efeitos da Relatividade Geral. Agora mostrámos que também a própria estrela sente o efeito da Relatividade Geral,” disse Paulo Garcia, investigador no Centro de Astrofísica e Gravitação, no Porto, e um dos cientistas que lidera o projeto GRAVITY.

Com o futuro Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, a equipa acredita poder observar estrelas muito mais ténues em órbitas ainda mais próximas do buraco negro supermassivo. “Com o ELT talvez possamos capturar estrelas suficientemente próximas do buraco negro para sentirem efetivamente a rotação, o spin, deste objeto supermassivo,” disse Andreas Eckart da Universidade de Colónia, Alemanha, outro dos cientistas que lidera o projeto. Se tal acontecer, os astrónomos poderão medir as duas quantidades, spin e massa, que caracterizam Sagitário A* e definir o espaço-tempo que o circunda. “Isto corresponderia, uma vez mais, a testar a Relatividade mas a um nível completamente diferente,” conclui Eckart.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo “Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole” que será publicado na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics.

A equipa que constitui a Colaboração GRAVITY é composta por R. Abuter (Observatório Europeu do Sul, Garching, Alemanha [ESO]), A. Amorim (Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, Portugal, e Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Portugal [CENTRA]), M. Bauböck (Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Garching, Alemanha [MPE]), J.P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, França [IPAG], e ESO), H. Bonnet (ESO), W. Brandner (Instituto Max Planck de Astronomia, Heidelberg, Alemanha [MPIA]), V. Cardoso (CENTRA e CERN, Genève, Suíça), Y. Clénet (Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris, Meudon, França [LESIA], P.T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Universidade de Leiden, Holanda, e MPE), J. Dexter (Department of Astrophysical & Planetary Sciences, JILA, Duane Physics Bldg., University of Colorado, Boulder, EUA, e MPE), A. Eckart (1º Institute de Física, Universidade de Colónia, Alemanha [Cologne], e Instituto Max Planck de Rádio Astronomia, Bona, Alemanha), F. Eisenhauer (MPE), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugal, e CENTRA), F. Gao (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE, Departments of Physics and Astronomy, Le Conte Hall, University of California, Berkeley, EUA), S. Gillessen (MPE), M. Habibi (MPE), X. Haubois (Observatório Europeu do Sul, Santiago, Chile [ESO Chile]), T. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (Cologne), A. Jiménez-Rosales (MPE), L. Jochum (ESO Chile), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO Chile), P. Kervella (LESIA), S. Lacour (LESIA), V. Lapeyrère (LESIA), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), M. Nowak (Institute of Astronomy, Cambridge, RU, e LESIA), T. Ott (MPE), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), O. Pfuhl (ESO, MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), J. Shangguan (MPE), S. Scheithauer (MPIA), J. Stadler (MPE), O. Straub (MPE), C. Straubmeier (Cologne), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), I. Waisberg (Departamento de Física das Partículas & Astrofísica, Instituto de Ciências Weizmann, Israel, e MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO) e S. Yazici (MPE, Cologne).

O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é de longe o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO tem 16 Estados Membros: Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Irlanda, Itália, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça, para além do país de acolhimento, o Chile, e a Austrália, um parceiro estratégico. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e operação de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope e o Interferómetro do Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo, para além de dois telescópios de rastreio: o VISTA, que trabalha no infravermelho, e o VLT Survey Telescope, concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é também um parceiro principal em duas infraestruturas situadas no Chajnantor, o APEX e o ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. E no Cerro Armazones, próximo do Paranal, o ESO está a construir o Extremely Large Telescope (ELT) de 39 metros, que será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

Links

• Artigo científico
• Fotografias do VLT
• Webpage do GRAVITY no MPE
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Contactos

Reinhard Genzel
Director, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 30000 3280
Email: genzel@mpe.mpg.de

Stefan Gillessen
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 30000 3839
Telm.: +49 176 99 66 41 39
Email: ste@mpe.mpg.de

Frank Eisenhauer
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 30000 3563
Telm.: +49 162 3105080
Email: eisenhau@mpe.mpg.de

Paulo Garcia
Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto and Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Portugal
Porto, Portugal
Telm.: +351 963235785
Email: pgarcia@fe.up.pt

Karine Perraut
IPAG of Université Grenoble Alpes/CNRS
Grenoble, France
Email: karine.perraut@univ-grenoble-alpes.fr

Guy Perrin
LESIA – Observatoire de Paris - PSL
Meudon, France
Email: guy.perrin@observatoiredeparis.psl.eu

Andreas Eckart
1st Institute of Physics, University of Cologne
Cologne, Germany
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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso2006, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.