Primeiras observações do Centro Galáctico obtidas com o instrumento GRAVITY

Sonda de buraco negro opera agora com os quatro Telescópios Principais do VLT.

Impressão artística da estrela S2 a passar muito perto do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea.
Crédito: ESO / L. Calçada

Uma equipa europeia de astrónomos usou o novo instrumento GRAVITY montado no Very Large Telescope do ESO para obter observações do centro da Via Láctea, combinando pela primeira vez radiação colectada pelos quatro Telescópios Principais de 8,2 metros.

Estes resultados dão-nos já uma ideia da ciência inovadora que o GRAVITY irá fazer, ao sondar os campos gravitacionais extremamente fortes existentes próximo do buraco negro central supermassivo e ao testar a teoria da relatividade geral de Einstein.

O centro da Via Láctea.
Crédito: ESO / MPE / S. Gillessen et al.

O instrumento GRAVITY está atualmente a operar com os quatro Telescópios Principais de 8,2 metros do Very Large Telescope do ESO (VLT) e já a partir de resultados preliminares tornou-se claro que brevemente irá produzir ciência de classe mundial.

O GRAVITY faz parte do interferómetro do VLT. Ao combinar a radiação colectada pelos quatro telescópios, consegue atingir a mesma resolução espacial e precisão na medição de posições que um telescópio com 130 metros de diâmetro. O ganho correspondente em poder resolvente e precisão nas posições — um factor 15 vezes superior aos Telescópios Principais individuais do VLT de 8,2 metros — permitirá ao GRAVITY fazer medições extremamente precisas de objetos astronómicos.

Um dos principais objetivos do GRAVITY é fazer observações detalhadas do meio que rodeia o buraco negro de 4 milhões de massas solares que se encontra no centro da Via Láctea. O centro da Via Láctea, a nossa casa galáctica, situa-se no céu na constelação do Sagitário, a cerca de 25 000 anos-luz de distância da Terra.

Embora a posição e massa do buraco negro sejam conhecidas desde 2002, ao executar medições precisas dos movimentos das estrelas que o orbitam, o GRAVITY permitirá aos astrónomos sondar o campo gravitacional que rodeia o buraco negro com um detalhe sem precedentes, fornecendo um teste único à teoria da relatividade geral de Einstein.

Nesta perspectiva, as primeiras observações do GRAVITY são já bastante entusiasmantes. A equipa do GRAVITY (o consórcio GRAVITY é constituído pelas seguintes instituições: Institutos Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) e Astronomia (MPIA), LESIA do Observatório de Paris e IPAG da Universidade de Grenoble Alpes/CNRS, Universidade de Colónia, Centro Multidisciplinar de Astrofísica, Lisboa e Porto (SIM), e ESO) usou o instrumento para observar uma estrela conhecida por S2, que orbita o buraco negro no centro da nossa Galáxia com um período de apenas 16 anos. Estes testes demonstraram de modo impressionante a sensibilidade do GRAVITY, uma vez que o instrumento foi capaz de ver esta estrela ténue em apenas alguns minutos de observação.

A equipa será brevemente capaz de obter posições ultra-precisas da estrela, que equivalerão a medir a posição de um objeto na Lua com a precisão de um centímetro. Esta precisão permitir-lhe-á determinar se o movimento em torno do buraco negro segue, ou não, as previsões da relatividade geral de Einstein. As novas observações mostram que o Centro Galáctico é um laboratório ideal para este tipo de testes.

“Toda a equipa desfrutou de um momento fantástico quando a radiação emitida pela estrela interferiu pela primeira vez — após 8 anos de trabalho árduo,” disse o cientista líder do GRAVITY, Frank Eisenhauer do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre situado em Garching, na Alemanha. “Primeiro estabilizámos a interferência de forma ativa numa estrela brilhante próxima e depois, após apenas alguns minutos, conseguimos ver de facto a interferência da estrela ténue — para nosso grande entusiasmo!” À primeira vista parece que nem a estrela de referência nem a estrela em órbita do buraco negro têm companheiras massivas que poderão complicar as observações e análise. “São objetos de teste ideais,” explica Eisenhauer.

Esta indicação de sucesso preliminar não chega cedo demais. Em 2018, a estrela S2 estará na sua posição mais próxima do buraco negro, a apenas 17 horas-luz de distância e viajando a quase 30 milhões de quilómetros por hora, o que corresponde a 2,5% da velocidade da luz. A esta distância, os efeitos devidos à relatividade geral serão mais pronunciados e as observações obtidas pelo GRAVITY darão os seus resultados mais importantes.

A equipa será capaz, pela primeira vez, de medir dois efeitos relativísticos numa estrela a orbitar um buraco negro supermassivo — o desvio para o vermelho gravitacional e a precessão do pericentro. O desvio para o vermelho ocorre porque a radiação emitida pela estrela tem que se deslocar no sentido contrário ao forte campo gravitacional do buraco negro massivo de modo a escapar para o Universo. Ao fazê-lo perde energia, o que se manifesta por um desvio para o vermelho da radiação. O segundo efeito aplica-se à órbita da estrela e leva a um desvio da elipse perfeita. A orientação da elipse roda de cerca de meio grau no plano orbital quando a estrela passa perto do buraco negro. O mesmo efeito foi observado na órbita de Mercúrio em torno do Sol, mas cerca de 6500 vezes mais fraco por órbita do que na vizinhança extrema do buraco negro. No entanto, as maiores distâncias envolvidas tornam-no muito mais difícil de observar no Centro Galáctico do que no Sistema Solar.

Esta oportunidade não se tornará a repetir senão 16 anos depois.

Este é um artigo do ESO, que pode ser lido aqui.