Pesquisadores confirmam teoria da relatividade de Einstein ao estudar estrela orbitando em buraco negro

Ilustração mostra trajetória da estrela nos últimos meses ao redor do buraco negro (Foto: M. KORNMESSER/ESO)

É a primeira vez que a teoria é confirmada na região perto de um buraco negro supermassivo. Medição foi feita por "super" telescópio no Chile.

Uma única estrela, girando em torno do enorme buraco negro no centro da Via Láctea, forneceu aos astrônomos uma nova prova de que Albert Einstein estava certo sobre a gravidade.

Há mais de 100 anos, a teoria geral da relatividade de Einstein revelou que a gravidade é o resultado da curvatura espaço-tempo, criada pela presença de massa e energia. Agora, em um artigo publicado nesta quinta-feira (26) na "Astronomy & Astrophysics", uma equipe de pesquisadores relata a observação de uma característica da relatividade geral conhecida como redshift gravitacional.

Observações feitas com o telescópio conhecido como "Very Large Telescope" (telescópio muito grande, em tradução livre), do Observatório do Sul Europeu (ESO), revelaram pela primeira vez os efeitos previstos pela relatividade geral de Einstein sobre o movimento de uma estrela que passa pelo campo gravitacional perto do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. Este resultado representa o ponto alto de uma campanha de observação de 26 anos usando os telescópios do ESO no Chile.

Buraco negro
Obscurecido pelas densas nuvens de poeira absorvente, o buraco negro supermassivo mais próximo da Terra está a 26.000 anos-luz de distância, no centro da Via Láctea. Com uma massa de quatro milhões de vezes a do Sol, o buraco negro é cercado por um pequeno grupo de estrelas que orbitam em torno dele em alta velocidade.

Esse ambiente extremo - o campo gravitacional mais forte de nossa galáxia - o torna o local perfeito para explorar a física gravitacional e, particularmente, testar a teoria geral da relatividade de Einstein.

A medição é a primeira vez que a relatividade geral foi confirmada na região perto de um buraco negro supermassivo.

À medida que a luz escapa de uma região com um forte campo gravitacional, suas ondas são esticadas, tornando a luz mais vermelha, em um processo conhecido como redshift gravitacional. Os cientistas, uma equipe conhecida como a colaboração GRAVITY, usaram o Very Large Telescope, localizado no deserto de Atacama, no Chile, para demonstrar que a luz da estrela foi deslocada para o vermelho pela quantidade prevista pela relatividade geral.

Os cientistas já tinha observado o redshift gravitacional antes. Na verdade, os satélites de GPS não funcionariam corretamente se o redshift gravitacional não fosse levado em consideração. Mas tais efeitos nunca foram vistos nas proximidades de um buraco negro, onde a gravidade é mais forte.

“Isso é completamente novo, e acho que é isso que torna emocionante - fazer esses mesmos experimentos não na Terra ou no sistema solar, mas perto de um buraco negro”, diz o físico Clifford Will da Universidade da Flórida em Gainesville.

A estrela S2
No "coração" da Via Láctea, esconde-se um enorme buraco negro supermassivo, com uma massa de cerca de 4 milhões de vezes a do sol. Muitas estrelas giram em torno deste buraco negro. Os pesquisadores se concentraram em uma estrela, conhecida como S2, que completa uma órbita elíptica ao redor do buraco negro a cada 16 anos.

Órbita é uma trajetória fechada que um astro faz em torno de outro. Órbita elíptica é o tipo de órbita feita, e nesse caso, a elipse é como um círculo achatado (e não circular). A órbita de todos os planetas do Sistema Solar é elíptica.


Ilustração mostra um "enxame" de estrelas orbitando o buraco negro supermassivo da Via Láctea (Foto: ESO)

Em maio de 2018, a estrela ficou mais próxima do buraco negro, atingindo 3% da velocidade da luz - extremamente rápida para uma estrela. Nesse ponto, a estrela estava a apenas 20 bilhões de quilômetros do buraco negro. O que pode parecer distante, mas é apenas quatro vezes a distância entre o sol e Netuno.

Medir os efeitos da relatividade geral no entorno do buraco negro é um desafio, porque a região está repleta de estrelas, diz o astrofísico Tuan Do, da UCLA, que estuda a S2 par aa publicação "Science News". Se tentar observar essa região com um telescópio comum, "você verá esse grande borrão".

Quatro telescópios
Para obter medições precisas e identificar estrelas individuais dentre as várias que cercam o buraco negro, os cientistas usaram uma técnica chamada óptica adaptativa, que pode neutralizar as distorções causadas pela atmosfera da Terra e combinaram informações de quatro telescópios.

"Você pode juntar a luz desses quatro telescópios e, assim, gerar um super telescópio e isso faz o truque", diz o co-autor do estudo Reinhard Genzel, astrofísico do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre em Garching, Alemanha.

Genzel e seus colegas vêm observando essa estrela há décadas, desde antes de seu balanço anterior há 16 anos.

Em trabalhos futuros, os cientistas esperam testar outros aspectos da relatividade geral, incluindo a previsão da teoria de que a órbita de S2 deve fazer uma rotação ao longo do tempo. Uma rotação semelhante foi vista anteriormente na órbita de Mercúrio ao redor do Sol, o que intrigou os astrônomos até que a teoria de Einstein explicou o efeito.

Os pesquisadores do GRAVITY podem encontrar outras estrelas que orbitam ainda mais perto do buraco negro, permitindo-lhes entender melhor o buraco negro e examinar mais detalhadamente a relatividade geral.

Se isso acontecer, Will diz, "eles realmente começarão a explorar esse buraco negro de perto e de maneira pessoal, e será um novo conjunto muito legal de testes da teoria de Einstein".

FONTE: G1.COM