eso1825pt-br — Nota de imprensa científica

Primeiro teste bem sucedido da relatividade geral de Einstein realizado perto de buraco negro supermassivo

Culminação de 26 anos de observações do coração da Via Láctea obtidas com instrumentos do ESO

26 de Julho de 2018

Observações obtidas com o Very Large Telescope do ESO revelaram pela primeira vez os efeitos previstos pela relatividade geral de Einstein no movimento de uma estrela passando no campo gravitacional extremo existente próximo do buraco negro supermassivo situado no centro da Via Láctea. Este resultado, há muito procurado, representa o culminar de uma campanha de observações de 26 anos realizada com os telescópios do ESO no Chile.

Obscurecido pelas espessas nuvens de poeira, o buraco negro supermassivo mais perto da Terra situa-se a cerca de 26 000 anos-luz de distância, no centro da Via Láctea. Este monstro gravitacional, com uma massa de 4 milhões de vezes a massa solar, encontra-se rodeado por um pequeno grupo de estrelas que o orbitam a alta velocidade. Este meio extremo — o campo gravitacional mais forte da nossa Galáxia — é o local ideal para explorar a física gravitacional e, particularmente, testar a teoria da relatividade geral de Einstein.

Novas observações infravermelhas obtidas com os instrumentos extremamente sensíveis GRAVITY [1], SINFONI e NACO, montados no Very Large Telescope do ESO (VLT), permitiram aos astrônomos acompanhar uma destas estrelas, chamada S2, à medida que passava muito perto do buraco negro durante Maio de 2018. No ponto da sua órbita mais próximo do buraco negro, a distância desta estrela ao objeto era menor que 20 bilhões de quilômetros e a sua velocidade era maior que 25 milhões de quilômetros por hora — quase 3% da velocidade da luz [2].

A equipe comparou medições de posição e velocidade obtidas pelo GRAVITY e pelo SINFONI, respectivamente, juntamente com observações anteriores de S2 obtidas com outros instrumentos, com previsões de gravidade newtoniana, relatividade geral e outras teorias de gravidade. Os novos resultados são inconsistentes com as previsões newtonianas mas estão em excelente acordo com a relatividade geral.

Estas medições extremamente precisas foram obtidas por uma equipe internacional liderada por Reinhard Genzel do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) em Garching, Alemanha, em colaboração com pesquisadores do Observatório de Paris—PSL, Universidade de Grenoble-Alpes, CNRS, Instituto Max Planck de Astronomia, Universidade de Colônia, Centro de Astrofísica e Gravitação (CENTRA) e ESO. Estas observações são o culminar de 26 anos das observações mais precisas até hoje do centro da Via Láctea obtidas com instrumentos do ESO [3].

Esta é a segunda vez que observamos a passagem de S2 próximo do buraco negro situado no nosso centro galático. No entanto, desta vez, devido à instrumentação disponível muito melhorada, fomos capazes de observar a estrela com uma resolução sem precedentes,” explica Genzel. “Estas observações foram preparadas arduamente durante vários anos, uma vez que queríamos tirar o máximo partido desta oportunidade única de observar os efeitos da relatividade geral.

As novas medições revelam claramente um efeito chamado desvio para o vermelho gravitacional. A luz emitida pela estrela é “esticada” na direção dos maiores comprimentos de onda por efeito do campo gravitacional muito forte do buraco negro. E a variação do comprimento de onda da luz de S2 está precisamente de acordo com a variação prevista pela teoria da relatividade geral de Einstein. Trata-se da primeira vez que este tipo de desvio às previsões da teoria da gravidade newtoniana é observado no movimento de uma estrela em torno de um buraco negro supermassivo.

A equipe usou o SINFONI para medir a velocidade de S2 ao aproximar-se e a afastar-se da Terra e o instrumento interferométrico GRAVITY para fazer medições extremamente precisas das variações de posição de S2 de modo a poder definir-se a forma da sua órbita. As imagens criadas pelo GRAVITY são tão nítidas que conseguem mostrar o movimento da estrela de noite para noite à medida que esta passa perto do buraco negro — a 26 000 anos-luz de distância da Terra.

“As nossas primeiras observações da S2 com o GRAVITY, há cerca de 2 anos atrás, mostraram que poderíamos ter efetivamente no buraco negro um laboratório ideal,” acrescenta Frank Eisenhauser (MPE),Pesquisador Principal do GRAVITY e do espectrógrafo SINFONI. “Durante a passagem próxima, pudemos inclusive detectar na maioria das imagens o brilho fraco da estrela orbitando em torno do buraco negro, o que nos permitiu seguir a sua órbita de forma muito precisa e detectar assim o desvio para o vermelho gravitacional no espectro de S2.”

Mais de cem anos após a publicação do seu artigo que descreveu as equações da relatividade geral, Einstein mostrou estar certo uma vez mais — e num laboratório muito mais extremo do que jamais poderia imaginar!

Françoise Delplancke, Chefe do Departamento de Engenharia de Sistemas no ESO, explica a importância destas observações: “No Sistema Solar podemos apenas testar as leis da física sob determinadas condições. Por isso é muito importante em astronomia testar também as leis que são ainda válidas quando os campos gravitacionais são muito mais fortes.”

Espera-se conseguir revelar outro efeito relativístico no final do ano com observações de acompanhamento — uma pequena rotação da órbita da estrela, conhecida por precessão de Schwarzschild — à medida que S2 se afasta do buraco negro.

Xavier Barcons, Diretor Geral do ESO, conclui: “O ESO tem trabalhado com Reinhard Genzel e a a sua equipe, assim como com colaboradores nos Estados Membros do ESO há mais de um quarto de século. O desenvolvimento de instrumentos extremamente poderosos necessários à obtenção destas medições tão delicadas revelou-se um tremendo desafio. A descoberta anunciada hoje trata-se do resultado extraordinário de uma parceria notável.

Notas

[1] O GRAVITY foi desenvolvido por uma colaboração constituída por: Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (Alemanha), LESIA do Observatório de Paris–PSL / CNRS / Universidade Sorbonne / 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 numa órbita altamente excêntrica que a aproxima deste objeto a uma distância de cerca de 20 bilhões de km — 120 vezes a distância da Terra ao Sol, ou cerca de quatro vezes a distância do Sol a Netuno — no ponto mais próximo do buraco negro. Esta distância corresponde a cerca de 1500 vezes o raio de Schwarzschild do próprio buraco negro.

[3] As observações do centro da Via Láctea têm que ser feitas a comprimentos de onda maiores (neste caso, no infravermelho), uma vez que as nuvens de poeira entre a Terra e a região central absorvem fortemente  a luz visível.

Mais Informações

Este trabalho foi descrito no artigo científico intitulado “Detection of the Gravitational Redshift in the Orbit of the Star S2 near the Galactic Centre Massive Black Hole“, pela Colaboração GRAVITY, que será publicado na revista especializada Astronomy & Astrophysics a 26 de Julho de 2018.

A equipe da Colaboração GRAVITY é composta por: R. Abuter (ESO, Garching, Alemanha), A. Amorim (Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal), N. Anugu (Universidade do Porto, Porto, Portugal), M. Bauböck (Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Garching, Alemanha [MPE]), M. Benisty (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, França [IPAG]), J.P. Berger (IPAG; ESO, Garching, Alemanha), N. Blind (Observatoire de Genève, Université de Genève, Versoix, Suíça), H. Bonnet (ESO, Garching, Alemanha), W. Brandner (Instituto Max Planck de Astronomia, Heidelberg, Alemanha [MPIA]), A. Buron (MPE), C. Collin (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Meudon, França [LESIA]), F. Chapron (LESIA), Y. Clénet (LESIA), V. Coudé du Foresto (LESIA), P. T. 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 Colónia, Colónia, Alemanha; Instituto Max Planck de Rádio Astronomia, Bona, Alemanha), F. Eisenhauer (MPE), G. Finger (ESO, Garching, Alemanha), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Fédou (LESIA), P. Garcia (Universidade do Porto, Porto, Portugal), R. Garcia Lopez (MPIA), F. Gao (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE; University of California, Berkeley, California, EUA), S. Gillessen (MPE), P. Gordo (Universidade de Lisboa, 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 Rádio Astronomia, Bona, Alemanha), S. Kendrew (MPIA, ESA), P. Kervella (LESIA; MPIA), Y. Kok (MPE), M. Kulas (MPIA), S. Lacour (LESIA), V. Lapeyrère (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), P.M. 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. Sanchez-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), L.J. Tacconi (MPE), K.R.W. 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 Colônia, Colônia, Alemanha), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO, Garching, Alemanha), S. Yazici (MPE; Universidade de Colônia, Colônia, Alemanha), D. Ziegler (LESIA) e G. Zins (ESO, Santiago, Chile).

O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é de longe o observatório astronômico mais produtivo do mundo. O ESO tem 15 Estados Membros: Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Polônia, 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 astronômicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrônomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronômica. 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 Interferômetro do Very Large Telescope, o observatório astronômico 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 astronômico 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”.

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GRAVITY Principal Investigator, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1825, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contato local para a imprensa. O representante brasileiro é Gustavo Rojas, da Universidade Federal de São Carlos. A nota de imprensa foi traduzida por Margarida Serote (Portugal) e adaptada para o português brasileiro por Gustavo Rojas.

Sobre a nota de imprensa

No. da notícia:eso1825pt-br
Nome:Milky Way Galactic Centre
Tipo:Milky Way : Galaxy : Component : Central Black Hole
Facility:Very Large Telescope
Instruments:GRAVITY, NACO, SINFONI
Science data:2018A&A...615L..15G

Imagens

Concepção artística da estrela S2 passando perto do buraco negro supermassivo situado no centro da Via Láctea
Concepção artística da estrela S2 passando perto do buraco negro supermassivo situado no centro da Via Láctea
Concepção artística da estrela S2 passando perto do buraco negro supermassivo situado no centro da Via Láctea (anotada)
Concepção artística da estrela S2 passando perto do buraco negro supermassivo situado no centro da Via Láctea (anotada)
Diagrama da órbita da estrela S2 em torno do buraco negro situado no centro da Via Láctea
Diagrama da órbita da estrela S2 em torno do buraco negro situado no centro da Via Láctea
Órbitas das estrelas em torno do buraco negro situado no coração da Via Láctea
Órbitas das estrelas em torno do buraco negro situado no coração da Via Láctea
O movimento diário da estrela S2 observado com o GRAVITY
O movimento diário da estrela S2 observado com o GRAVITY
GRAVITY acompanha estrela passando próxima a buraco negro
GRAVITY acompanha estrela passando próxima a buraco negro
Observação NACO das estrelas no centro da Via Láctea
Observação NACO das estrelas no centro da Via Láctea

Vídeos

ESOcast 173: Primeiro teste bem sucedido da relatividade geral de Einstein realizado perto de buraco negro supermassivo
ESOcast 173: Primeiro teste bem sucedido da relatividade geral de Einstein realizado perto de buraco negro supermassivo
Concepção artística de estrela passando por buraco negro supermassivo
Concepção artística de estrela passando por buraco negro supermassivo
Zoom no coração da Via Láctea
Zoom no coração da Via Láctea
A estrela S2 faz uma aproximação ao buraco negro situado no centro da Via Láctea
A estrela S2 faz uma aproximação ao buraco negro situado no centro da Via Láctea
Estrelas orbitando o buraco negro situado no coração da Via Láctea
Estrelas orbitando o buraco negro situado no coração da Via Láctea
Simulação das órbitas de estrelas em torno do buraco negro situado no centro da Via Láctea
Simulação das órbitas de estrelas em torno do buraco negro situado no centro da Via Láctea
Animação da órbita da estrela S2 em torno do buraco negro do Centro Galático
Animação da órbita da estrela S2 em torno do buraco negro do Centro Galático
Vídeo fulldome de estrelas orbitando o buraco negro situado no coração da Via Láctea
Vídeo fulldome de estrelas orbitando o buraco negro situado no coração da Via Láctea
Orbitando próximo do horizonte de eventos de um buraco negro (fulldome)
Orbitando próximo do horizonte de eventos de um buraco negro (fulldome)
Vista próxima de um buraco negro perto do horizonte de eventos (fulldome)
Vista próxima de um buraco negro perto do horizonte de eventos (fulldome)
Orbitando próximo do horizonte de eventos de um buraco negro 2 (fulldome)
Orbitando próximo do horizonte de eventos de um buraco negro 2 (fulldome)
Orbitando próximo do horizonte de eventos de um buraco negro 3 (fulldome)
Orbitando próximo do horizonte de eventos de um buraco negro 3 (fulldome)
Orbitando próximo do horizonte de eventos de um buraco negro 4 (fulldome)
Orbitando próximo do horizonte de eventos de um buraco negro 4 (fulldome)
Voo da Terra ao buraco negro do Centro Galático
Voo da Terra ao buraco negro do Centro Galático
Testando a relatividade geral no Centro Galático — compilação
Testando a relatividade geral no Centro Galático — compilação

Veja também