Culminação de 26 anos de observações ESO do coração da Via Láctea
Observações feitas com o Very Large Telescope do ESO revelaram pela primeira vez os efeitos previstos pela relatividade geral de Einstein sobre o movimento de uma estrela que passa pelo campo gravitacional extremo perto do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. Este resultado há muito procurado representa o clímax de uma campanha de observação de 26 anos usando os telescópios do ESO no Chile.
Obscurecido pelas densas nuvens de poeira absorvente, o buraco negro supermassivo mais próximo da Terra está a 26.000 anos-luz de distância, no centro da Via Láctea. Este monstro gravitacional, que tem uma massa de quatro milhões de vezes a do Sol, é cercado por um pequeno grupo de estrelas que orbitam em torno dele em alta velocidade. Esse ambiente extremo - o campo gravitacional mais forte de nossa galáxia - o torna o local perfeito para explorar a física gravitacional e, particularmente, testar a teoria geral da relatividade de Einstein .
Novas observações de infravermelhos dos extraordinariamente sensíveis instrumentos GRAVITY , SINFONI e NACO no Very Large Telescope do ESO (VLT) permitiram aos astrónomos seguir uma destas estrelas, chamada S2, uma vez que passou muito perto do buraco negro em maio de 2018. No ponto mais próximo, esta estrela estava a uma distância de menos de 20 bilhões de quilômetros do buraco negro e se movendo a uma velocidade superior a 25 milhões de quilômetros por hora - quase três por cento da velocidade da luz .
A equipe comparou as medições de posição e velocidade de GRAVITY e SINFONI respectivamente, junto com observações anteriores de S2 usando outros instrumentos, com as previsões de gravidade newtoniana, relatividade geral e outras teorias da gravidade. Os novos resultados são inconsistentes com as previsões newtonianas e em excelente concordância com as previsões da relatividade geral.
Estas medidas extremamente precisas foram feitas por uma equipe internacional liderada por Reinhard Genzel do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) em Garching, Alemanha, em conjunto com colaboradores de todo o mundo, no Observatório de Paris - PSL , Université Grenoble Alpes , CNRS , do Instituto Max Planck para a Astronomia, a Universidade de Colônia , o CENTRO Português - Centro de Astrofisiica e Gravitação e ESO. As observações são o culminar de uma série de 26 anos de observações cada vez mais precisas do centro da Via Láctea usando instrumentos do ESO [3] .
“ Essa é a segunda vez que observamos a passagem próxima de S2 ao redor do buraco negro em nosso centro galáctico. Mas desta vez, por causa da instrumentação muito melhorada, pudemos observar a estrela com uma resolução sem precedentes ” , explica Genzel. “ Temos nos preparado intensamente para este evento ao longo de vários anos, pois queríamos aproveitar ao máximo essa oportunidade única de observar os efeitos relativísticos gerais. "
As novas medições revelam claramente um efeito chamado redshift gravitacional . A luz da estrela é esticada a comprimentos de onda mais longos pelo campo gravitacional muito forte do buraco negro. E a mudança no comprimento de onda da luz de S2 concorda precisamente com o previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein. Esta é a primeira vez que este desvio das previsões da mais simples teoria newtoniana da gravidade foi observado no movimento de uma estrela em torno de um buraco negro supermassivo.
A equipe usou SINFONI para medir a velocidade de S2 em direção e para longe da Terra e o instrumento GRAVITY no VLT ( Interferômetro VLT ) para fazer medições extraordinariamente precisas da mudança de posição de S2 para definir a forma de sua órbita. A GRAVIDADE cria imagens tão nítidas que pode revelar o movimento da estrela da noite para a noite quando ela passa perto do buraco negro - 26.000 anos-luz da Terra.
“ Nossas primeiras observações do S2 com o GRAVITY , há cerca de dois anos, já mostravam que teríamos o laboratório ideal para buracos negros ” , acrescenta Frank Eisenhauer (MPE), pesquisador principal do GRAVITY e do espectrógrafo SINFONI. “ Durante a passagem de perto, poderíamos até detectar o brilho fraco em torno do buraco negro na maioria das imagens, o que nos permitiu seguir precisamente a estrela em sua órbita, levando à detecção do redshift gravitacional no espectro de S2. "
Mais de cem anos depois que ele publicou seu artigo estabelecendo as equações da relatividade geral, Einstein se provou certo mais uma vez - em um laboratório muito mais extremo do que ele poderia ter imaginado!
Françoise Delplancke, chefe do Departamento de Engenharia de Sistemas do ESO, explica a importância das observações: “ Aqui no Sistema Solar só podemos testar as leis da física agora e sob certas circunstâncias. Portanto, é muito importante que a astronomia verifique também se essas leis ainda são válidas, onde os campos gravitacionais são muito mais fortes. "
Espera-se que as observações contínuas revelem um outro efeito relativístico muito em breve - uma pequena rotação da órbita da estrela, conhecida como precessão de Schwarzschild - à medida que S2 se afasta do buraco negro.
Xavier Barcons, Director Geral do ESO, conclui: “A E SO tem trabalhado com Reinhard Genzel e a sua equipa e colaboradores nos Estados Membros do ESO há mais de um quarto de século. Foi um enorme desafio desenvolver os instrumentos excepcionalmente poderosos necessários para fazer essas medições muito delicadas e implantá-las no VLT, no Paranal . A descoberta anunciada hoje é o resultado muito empolgante de uma parceria notável. "
Notas
[1] GRAVITY foi desenvolvido por uma colaboração que consiste no Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (Alemanha), LESIA do Observatório de Paris - PSL / CNRS / Sorbonne Université / Univ. Paris Diderot e IPAG da Université Grenoble Alpes / CNRS (França), Instituto Max Planck de Astronomia (Alemanha), Universidade de Colônia (Alemanha), CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação (Portugal) e ESO.
[2] S2 orbita o buraco negro a cada 16 anos em uma órbita altamente excêntrica que o traz dentro de vinte bilhões de quilômetros - 120 vezes a distância da Terra ao Sol, ou cerca de quatro vezes a distância do Sol a Netuno - em sua aproximação mais próxima para o buraco negro. Essa distância corresponde a cerca de 1500 vezes o raio de Schwarzschild do próprio buraco negro.
[3] As observações do centro da Via Láctea devem ser feitas em comprimentos de onda maiores (neste caso, infravermelho), pois as nuvens de poeira entre a Terra e a região central absorvem fortemente a luz visível.
Mais Informações
Esta pesquisa foi apresentada em um artigo intitulado “Detecção do desvio de curso de gravidade gravitacional na órbita da estrela S2 perto do buraco negro maciço do Centro Galáctico”, pela GRAVITY Collaboration, para aparecer na revista Astronomy & Astrophysics em 26 de julho de 2018.
de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Universidade de Leiden, Leiden, Holanda; MPE), C. Deen (MPE), F. Delplancke-Ströbele (ESO, Garching, Alemanha), R. Dembet (ESO, Garching, Alemanha; LESIA), J. Dexter (MPE), G. Duvert (IPAG), A. Eckart (Universidade de Colônia, Colônia, Alemanha; Instituto Max Planck de Radioastronomia, Bonn, Alemanha), F. Eisenhauer (MPE), G. Finger (ESO) , Garching, (Alemanha), NM Förster Schreiber (MPE), P. Fédou (LESIA), P. Garcia (Universidade do Porto, Porto, Portugal), R. Garcia López (MPIA), F. Gao (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE; Universidade da Califórnia, Berkeley, Califórnia, EUA), S. Gillessen (MPE), P. Gordo (Universidade de Lisboa, Portugal), M. Habibi (MPE), X Haubois (ESO, Santiago, Chile), M. Haug (ESO, Garching, Alemanha), F. Haußmann (MPE), Th. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (Universidade de Colónia, Colónia, Alemanha), Z. Hubert (LESIA; MPIA), N. Hubin (ESO, Garching, Alemanha), A. Jimenez Rosales (MPE), L. Jochum (ESO, Garching, Alemanha), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO, Santiago, Chile), S. Kellner (Instituto Max Planck de Radioastronomia, Bonn, Alemanha), S. Kendrew (MPIA, ESA), P. Kervella (LESIA; MPIA ), Y. Kok (MPE), M. Kulas (MPIA), S. Lacour (LESIA), V. Lapeyrere (LESIA), B. Lazareff (IPAG), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), M. Lippa (MPE), R. Lenzen (MPIA), A. Mérand (ESO, Garching, Alemanha), E. Müller (ESO, Garching, Alemanha; MPIA) , U. Neumann (MPIA), T. Ott (MPE), L. Palanca (ESO, Santiago, Chile), T. Paumard (LESIA), L. Pasquini (ESO, Garching, Alemanha), K. Perraut (IPAG) G. Perrin (LESIA), O. Pfuhl (MPE), PM Plewa (MPE), S. Rabien (MPE), A. Ramírez (ESO, Chile), J. Ramos (MPIA), C. Rau (MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), R.-R. Rohloff (MPIA), G. Rousset (LESIA), J. Sánchez-Bermudez (ESO, Santiago, Chile; MPIA), S. Scheithauer (MPIA), M. Schöller (ESO, Garching, Alemanha), N. Schuler (ESO Santiago, Chile), J. Spyromilio (ESO, Garching, Alemanha), O. Straub (LESIA), C. Straubmeier (Universidade de Colónia, Colónia, Alemanha), E. Sturm (MPE), LJ Tacconi (MPE), KRW Tristram (ESO, Santiago, Chile), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), I. Wank (Universidade de Colônia, Colônia, Alemanha), I. Waisberg (MPE), F. Widmann (MPE) ), E. Wieprecht (MPE), M. Wiest (Universidade de Colónia, Colónia, Alemanha), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO, Garching, Alemanha), S. Yazici (MPE; Universidade de Colónia, Colônia, Alemanha), D. Ziegler (LESIA) e G. Zins (ESO, Santiago, Chile).
O ESO é a principal organização intergovernamental de astronomia na Europa e, de longe, o observatório astronômico terrestre mais produtivo do mundo. Possui 15 Estados-Membros: Áustria, Bélgica, República Checa, Dinamarca, França, Finlândia, Alemanha, Itália, Países Baixos, Polónia, Portugal, Espanha, Suécia, Suíça e Reino Unido, juntamente com o Estado anfitrião do Chile e Austrália como parceiro estratégico. O ESO realiza um ambicioso programa focado no projeto, construção e operação de poderosas instalações de observação terrestres, permitindo que os astrônomos façam importantes descobertas científicas. O ESO também desempenha um papel de liderança na promoção e organização da cooperação em pesquisa astronômica. O ESO opera três locais exclusivos de observação de classe mundial no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, O ESO opera o Very Large Telescope e seu Interferômetro de Very Large Telescope, líder mundial, bem como dois telescópios de levantamento, o VISTA trabalhando no infravermelho e o VLT Survey Telescope de luz visível. O ESO também é um parceiro importante em duas instalações no Chajnantor, APEX e ALMA, o maior projeto astronômico existente. E no Cerro Armazones, perto do Paranal, o ESO está construindo o Telescópio Extremamente Grande de 39 metros, o ELT, que se tornará “o maior olho do mundo no céu”.
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