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jun 23

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

http://www.eso.org/public/images/eso1622a/

Concepção artística da estrela S2 passando muito perto do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. A ilustração mostra as órbitas das estrelas em torno do buraco negro supermassivo situado no centro da Via Láctea. Em 2018, uma destas estrelas, chamada S2, passará muito próximo do buraco negro e esse evento dará uma ótima oportunidade de estudar os efeitos da forte gravidade e testar as previsões da teoria da relatividade geral de Einstein em um futuro muito próximo. O instrumento GRAVITY, funcionando no interferômetro do Very Large Telescope do ESO, é a mais poderosa ferramenta que existe para medir as posições da estrela S2, tendo sido testada com sucesso na estrela S2 no verão de 2016. A órbita de S2 está destacada em vermelho e a posição do buraco negro central encontra-se assinalada com uma cruz vermelha. Crédito: ESO/L. Calçada

Uma equipe europeia de astrônomos 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 coletada pelos quatro Telescópios Principais de 8,2 metros. Estes resultados já fornecem 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 instrumento GRAVITY está atualmente operando 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 interferômetro do VLT. Ao combinar a radiação coletada 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 de resolução e precisão nas posições — um fator de 15 superior aos Telescópios Principais individuais do VLT de 8,2 metros — permitirá ao GRAVITY fazer medições extremamente precisas de objetos astronômicos.

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 [1]. 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 astrônomos 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 equipe do GRAVITY [2] usou o instrumento para observar uma estrela conhecida por S2, que orbita o buraco negro no centro da nossa Galáxia num 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 fraca estrela em apenas alguns minutos de observação.

A equipe 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 irá permitir 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 Galático é um laboratório ideal para este tipo de testes.

Frank Eisenhauer, membro do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre situado em Garching, na Alemanha, cientista líder do GRAVITY, comentou:

Toda a equipe desfrutou de um momento fantástico quando a radiação emitida pela estrela interferiu pela primeira vez — após 8 anos de trabalho árduo. Primeiro estabilizamos a interferência de forma ativa numa estrela brilhante próxima e depois, após apenas alguns minutos, conseguimos ver de fato a interferência da estrela mais fraca — 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. Eisenhauer explicou:

São objetos de teste ideais.

http://www.eso.org/public/images/eso1622b/

Imagem do centro da Via Láctea. Para as observações interferométricas do GRAVITY usou-se a estrela de referência IRS 16C, sendo o alvo real a estrela S2. A posição do centro, que abriga o buraco negro (invisível) conhecido por Sgr A*, com 4 milhões de massas solares, está assinalada com uma cruz vermelha. Créditos: ESO/MPE/S. Gillessen et al.

Esta indicação de sucesso preliminar chega na hora certa. 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 quilômetros 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 [3]. Esta oportunidade só se repetirá 16 anos depois.

Notas

[1] O centro da Via Láctea, a nossa casa galática, situa-se no céu na constelação do Sagitário, a cerca de 25 mil anos-luz de distância da Terra.

[2] 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 Colônia, Centro Multidisciplinar de Astrofísica, Lisboa e Porto (SIM) e o ESO.

[3] A equipe será capaz, pela primeira vez, de medir dois efeitos relativísticos numa estrela orbitando 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 6.500 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 da nossa galáxia do que no Sistema Solar.

Fonte

ESO: eso1622 — Successful First Observations of Galactic Centre with GRAVITY – Black hole probe now working with the four VLT Unit Telescopes

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