Estrela “dançando” em torno de buraco negro supermassivo prova mais uma vez que Einstein estava certo

Observações feitas 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 como previsto pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein. Sua órbita apresenta a forma de uma roseta e não a de uma elipse como previsto pela Teoria da Gravitação de Newton. Esse 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.

Créditos: ESO / L. Calçada.

Publicado no European Southern Observatory

“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. Esse efeito famoso – observado, pela primeira vez, na órbita que o planeta Mercúrio descreve em torno do Sol – se tratou da primeira evidência a favor da Relatividade Geral. Detectamos agora, um século mais tarde, esse mesmo efeito no movimento de uma das estrelas que orbita a fonte rádio compacta Sagitário A*, situada no centro da Via Láctea. Essa 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 trás do programa de 30 anos que deu origem a esse resultado.

Situado a 26 000 anos-luz de distância do Sol, Sagitário A* e o aglomerado estelar denso que o rodeia nos fornecem um laboratório único para testar a física em um regime de gravidade extrema, que, de outra maneira, permaneceria inexplorado. Uma dessas estrelas, a S2, desloca-se em direção ao buraco negro atingindo uma proximidade de 20 bilhões 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 na revista Astronomy & Astrophysics.

A maioria das estrelas e planetas têm uma órbita não circular e por isso o seu deslocamento as afasta e as aproxima 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 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 nos dá uma previsão precisa de quanto é que a órbita muda e as medições mais recentes correspondem exatamente à teoria. Esse efeito, chamado precessão de Schwarzchild, nunca tinha sido medido antes em uma estrela em órbita de um buraco negro supermassivo.

Esse estudo feito 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 – como matéria escura distribuída ou buracos negros menores – que circunda Sagitário A*. Isso 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.

Esse resultado é a culminação de 27 anos de observações da estrela S2, utilizando, 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 desse novo trabalho de pesquisa: a equipe efetuou mais de 330 medições no total, utilizando os instrumentos GRAVITY, SINFONI e NACO. Uma vez que a estrela leva vários anos para 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.

Esse trabalho foi feito por uma equipe internacional liderada por Frank Eisenhauer do MPE com colaboradores de França, Portugal, Alemanha e do ESO. Essa equipe compõe a colaboração GRAVITY, nome retirado do instrumento desenvolvido para o Interferômetro do VLT, que combina a radiação coletada pelos quatro Telescópios Principais de 8 metros do VLT, transformando-os em um supertelescópio com uma resolução equivalente a um telescópio de 130 metros de diâmetro. Em 2018, essa mesma equipe revelou outro efeito previsto pela Relatividade Geral, ao observar a radiação emitida pela S2 sendo esticada para comprimentos de onda maiores, na altura em que essa estrela passou perto de Sagitário A*. “O nosso resultado anterior mostrou que a radiação emitida pela estrela sofre os efeitos da Relatividade Geral. Agora mostramos que também a própria estrela sente o efeito da Relatividade Geral”, disse Paulo Garcia, pesquisador 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 equipe acredita poder observar estrelas muito mais tênues 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, desse objeto supermassivo”, disse Andreas Eckart da Universidade de Colônia, Alemanha, outro dos cientistas que lidera o projeto. Se isso acontecer, os astrônomos poderão medir as duas quantidades, spin e massa, que caracterizam Sagitário A* e definir o espaço-tempo que o circunda. “Isso corresponderia, uma vez mais, a testar a Relatividade, mas a um nível completamente diferente”, conclui Eckart.

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