Em 1915, Albert Einstein publicou sua famosa Teoria da Relatividade Geral, que forneceu uma descrição unificada da gravidade como uma propriedade geométrica do espaço e do tempo. Essa teoria deu origem à moderna teoria da gravitação e revolucionou nossa compreensão da física. Mesmo depois de um século, os cientistas ainda estão conduzindo experimentos que confirmam as previsões de sua teoria.
Graças a observações recentes feitas por uma equipe de astrônomos internacionais (conhecida como colaboração GRAVITY), os efeitos da Relatividade Geral foram revelados usando um Buraco Negro Supermassivo (SMBH) pela primeira vez. Essas descobertas foram o culminar de uma campanha de 26 anos de observações da SMBH no centro da Via Láctea (Sagitário A *), usando os instrumentos do Observatório Europeu do Sul (ESO).
O estudo que descreve as descobertas da equipe apareceu recentemente na revista Astronomia e Astrofísica, intitulado "Detecção do desvio para o vermelho gravitacional na órbita da estrela S2 perto do enorme buraco negro do centro galáctico". O estudo foi liderado por Roberto Arbuto, do ESO, e incluiu membros da colaboração GRAVITY - liderada por Reinhard Genzel, do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), e inclui astrônomos de várias universidades e institutos de pesquisa europeus.
Para o estudo, a equipe contou com os dados coletados pelos instrumentos extremamente sensíveis e de alta precisão do VLT. Eles incluíam o instrumento astrométrico e interferométrico GRAVITY, o espectrógrafo para observações de campo integral no infravermelho próximo (SINFONI) e o sistema óptico adaptativo Nasmyth (NAOS) - instrumento de imagiologia e espectrógrafo infravermelho próximo (CONICA), que são conhecidos como NACO.
As novas observações infravermelhas coletadas por esses instrumentos permitiram à equipe monitorar uma das estrelas (S2) que orbita Sagitário A * ao passar em frente ao buraco negro - que ocorreu em maio de 2018. No ponto mais próximo de sua órbita , a estrela estava a uma distância inferior a 20 bilhões de km (12,4 bilhões de milhas) do buraco negro e estava se movendo a uma velocidade superior a 25 milhões de km / h (15 milhões de mph) - quase três por cento da velocidade da luz .
Enquanto o instrumento SINFONI foi usado para medir a velocidade de S2 em direção e fora da Terra, o instrumento GRAVITY no VLT Interferometer (VLTI) fez medições extraordinariamente precisas da mudança de posição de S2 para definir a forma de sua órbita. O instrumento GRAVITY criou as imagens nítidas que revelavam o movimento da estrela ao passar perto do buraco negro.
A equipe comparou as medidas de posição e velocidade às observações anteriores de S2 usando outros instrumentos. Eles então compararam esses resultados com as previsões feitas pela Lei da Gravitação Universal de Newton, Relatividade Geral e outras teorias da gravidade. Como esperado, os novos resultados foram consistentes com as previsões de Einstein mais de um século atrás.
Como Reinhard Genzel, que além de ser o líder da colaboração GRAVITY foi co-autor do artigo, explicou em um recente comunicado de imprensa do ESO:
“É a segunda vez que observamos a passagem estreita de S2 ao redor do buraco negro em nosso centro galáctico. Mas desta vez, devido à instrumentação muito melhorada, fomos capazes de observar a estrela com uma resolução sem precedentes. Estamos nos preparando intensamente para esse evento há vários anos, pois queríamos aproveitar ao máximo essa oportunidade única de observar efeitos relativísticos gerais. ”
Quando observada com os novos instrumentos do VLT, a equipe observou um efeito chamado desvio para o vermelho gravitacional, onde a luz vinda do S2 mudou de cor à medida que se aproximava do buraco negro. Isso foi causado pelo campo gravitacional muito forte do buraco negro, que esticou o comprimento de onda da luz da estrela, fazendo com que ela se deslocasse para a extremidade vermelha do espectro.
A mudança no comprimento de onda da luz de S2 concorda precisamente com o que a equação de campo de Einstein previu. Como Frank Eisenhauer - um pesquisador do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, o Pesquisador Principal do GRAVITY e o espectrógrafo SINFONI, e co-autor do estudo - indicou:
“Nossas primeiras observações de S2 com GRAVITY, há cerca de dois anos, já mostravam que teríamos o laboratório ideal para buracos negros. Durante a passagem estreita, pudemos até detectar o brilho fraco ao redor do buraco negro na maioria das imagens, o que nos permitiu seguir com precisão a estrela em sua órbita, levando à detecção do desvio gravitacional do vermelho no espectro de S2.”
Enquanto outros testes foram realizados que confirmaram as previsões de Einstein, esta é a primeira vez que os efeitos da Relatividade Geral foram observados no movimento de uma estrela em torno de um buraco negro supermassivo. A esse respeito, Einstein foi provado certo mais uma vez, usando um dos laboratórios mais extremos até hoje! Além disso, confirmou que testes envolvendo efeitos relativísticos podem fornecer resultados consistentes ao longo do tempo e no espaço.
"Aqui no Sistema Solar, só podemos testar as leis da física agora e sob certas circunstâncias", disse Françoise Delplancke, chefe do Departamento de Engenharia de Sistemas do ESO. "Portanto, é muito importante na astronomia também verificar se essas leis ainda são válidas onde os campos gravitacionais são muito mais fortes".
Num futuro próximo, outro teste relativístico será possível à medida que S2 se afasta do buraco negro. Isso é conhecido como uma precessão de Schwarzschild, onde se espera que a estrela experimente uma pequena rotação em sua órbita. A GRAVITY Collaboration monitorará o S2 para observar também esse efeito, contando mais uma vez com os instrumentos muito precisos e sensíveis do VLT.
Como Xavier Barcons (diretor geral do ESO) indicou, essa conquista foi possível graças ao espírito de cooperação internacional representado pela colaboração GRAVITY e aos instrumentos que eles ajudaram o ESO a desenvolver:
“O ESO trabalha com Reinhard Genzel e sua equipe 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 em Paranal. A descoberta anunciada hoje é o resultado muito emocionante de uma parceria notável. ”
E não deixe de conferir este vídeo do teste bem-sucedido da GRAVITY Collaboration, cortesia do ESO:
