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Astronomia16/12/2021

Veja estrelas se movendo ao redor do buraco negro da Via Láctea

Sagitário A* (indicado na parte de baixo da foto, à direita): novos estudos obtiveram as melhores imagens da sua vizinhança já conseguidas até hoje. Crédito: Nasa

16/12/21 - 10h29min

O interferômetro do Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul (VLTI do ESO) obteve as imagens mais profundas e nítidas da região ao redor do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. As novas imagens ampliam em 20 vezes mais do que era possível antes do VLTI e ajudaram os astrônomos a encontrar uma estrela nunca antes vista perto do buraco negro. Ao rastrear as órbitas das estrelas no centro da Via Láctea, a equipe fez a medição mais precisa até então da massa do buraco negro.

“Queremos saber mais sobre o buraco negro no centro da Via Láctea, Sagitário A*. Qual é a sua massa exata? Ele gira? As estrelas ao seu redor se comportam exatamente como esperamos em relação à teoria geral da relatividade de Einstein? A melhor maneira de responder a essas perguntas é seguir estrelas em órbitas próximas ao buraco negro supermassivo. E aqui demonstramos que podemos fazer isso com uma precisão maior do que nunca”, explicou Reinhard Genzel, diretor do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), em Garching, Alemanha, que recebeu o Prêmio Nobel em 2020 por sua pesquisa sobre Sagitário A*.

Nova técnica de análise

Os resultados mais recentes de Genzel e de sua equipe, que expandem seu estudo de três décadas de estrelas orbitando o buraco negro supermassivo da Via Láctea, foram publicados hoje em dois artigos na revista Astronomy & Astrophysics: “Mass distribution in the Galactic Center based on interferometric astrometry of multiple stellar orbits” e “Deep images of the Galactic center with GRAVITY”.

Em uma busca para encontrar ainda mais estrelas perto do buraco negro, a equipe, conhecida como Colaboração Gravity, desenvolveu uma nova técnica de análise que permitiu obter as imagens mais profundas e nítidas do centro galáctico. “O VLTI nos dá essa incrível resolução espacial e, com as novas imagens, vamos mais fundo do que nunca. Ficamos impressionados com a quantidade de detalhes e com a ação e o número de estrelas que revelam ao redor do buraco negro”, explicou Julia Stadler, pesquisadora do Instituto Max Planck de Astrofísica, em Garching, que liderou os esforços de imagem da equipe durante seu tempo no MPE. Notavelmente, eles encontraram uma estrela, chamada S300, que não tinha sido vista antes, mostrando o quão poderoso esse método é quando se trata de detectar objetos muito fracos perto de Sagitário A*.

Esta animação mostra as órbitas das estrelas S29 e S55 à medida que se movem perto de Sgr A* (centro), o buraco negro supermassivo no coração da Via Láctea. À medida que seguimos as estrelas ao longo das suas órbitas, vemos imagens reais da região obtidas com o instrumento Gravity no Very Large Telescope Interferometer (VLTI) do ESO em março, maio, junho e julho de 2021. Além de S29 e S55, as imagens também mostram duas estrelas mais fracas, S62 e S300; a última só foi descoberta após essas novas observações do VLTI. Crédito: ESO/Colaboração Gravity/L. Calçada
Medições precisas

Com suas últimas observações, conduzidas entre março e julho de 2021, a equipe se concentrou em fazer medições precisas das estrelas à medida que se aproximavam do buraco negro. Isso inclui a estrela recordista S29, que se aproximou mais do buraco negro no final de maio de 2021. Ela passou por ele a uma distância de apenas 13 bilhões de quilômetros, cerca de 90 vezes a distância Sol-Terra, a uma impressionante velocidade de 8.740 quilômetros por segundo. Nenhuma outra estrela foi observada passando tão perto ou viajando tão rapidamente ao redor do buraco negro.

As medições e imagens da equipe foram possíveis graças ao Gravity, um instrumento único que a colaboração desenvolveu para o VLTI do ESO, localizado no Chile. O Gravity combina a luz de todos os quatro telescópios de 8,2 metros do Very Large Telescope (VLT) do ESO usando uma técnica chamada interferometria. Essa técnica é complexa, “mas no final você chega a imagens 20 vezes mais nítidas do que as dos telescópios VLT individuais sozinho, revelando os segredos do centro galáctico”, disse Frank Eisenhauer, do MPE, principal investigador do Gravity.

“Seguir estrelas em órbitas próximas ao redor de Sagitário A* nos permite sondar com precisão o campo gravitacional ao redor do buraco negro massivo mais próximo da Terra, para testar a relatividade geral e determinar as propriedades do buraco negro”, explicou Genzel. As novas observações, combinadas com os dados anteriores da equipe, confirmam que as estrelas seguem caminhos exatamente como o previsto pela relatividade geral para objetos que se movem em torno de um buraco negro de massa 4,3 milhões de vezes a do Sol. Esta é a estimativa mais precisa da massa do buraco negro central da Via Láctea até hoje. Os pesquisadores também conseguiram ajustar a distância para Sagitário A*, descobrindo que ele está a 27 mil anos-luz de distância.

Esta sequência de vídeo com zoom começa com uma visão ampla da Via Láctea. Em seguida, mergulhamos na poeirenta região central para vê-la mais de perto. Lá, um enxame de estrelas orbita em torno de um objeto invisível: um buraco negro supermassivo, 4,3 milhões de vezes o do Sol. À medida que nos aproximamos dele, vemos essas estrelas, conforme observado pelo instrumento Naco no Very Large Telescope do ESO (a última observação é de 2019). À medida que aumentamos o zoom, vemos estrelas ainda mais perto do buraco negro, observadas com o instrumento Gravity no Very Large Telescope Interferometry do ESO em meados de 2021. Crédito: ESO/Colaboração Gravity/L. Calçada, N. Risinger (skysurvey.org), DSS. Música: Johan Monel
Atualização

Para obter as novas imagens, os astrônomos usaram uma técnica de aprendizado de máquina chamada teoria do campo de informação. Eles fizeram um modelo de como as fontes reais podem parecer, simularam como o Gravity as veria e compararam essa simulação com as observações do Gravity. Isso permitiu que eles encontrassem e rastreassem estrelas ao redor de Sagitário A* com profundidade e precisão incomparáveis. Além das observações do Gravity, a equipe também usou dados do Naco e do Sinfoni, dois antigos instrumentos do VLT, bem como medições do Observatório Keck e do Observatório Gemini do NOIRLab nos Estados Unidos.

O Gravity será atualizado no final desta década para Gravity+, que também será instalado no VLTI do ESO e aumentará a sensibilidade para revelar estrelas mais fracas ainda mais perto do buraco negro. O objetivo da equipe é encontrar estrelas tão próximas que suas órbitas sentiriam os efeitos gravitacionais causados ​​pela rotação do buraco negro. O próximo Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, em construção no deserto do Atacama, no Chile, permitirá à equipe medir a velocidade dessas estrelas com altíssima precisão. “Com o Gravity+ e a potência do ELT combinados, poderemos descobrir a rapidez com que o buraco negro gira”, diz Eisenhauer. “Ninguém conseguiu fazer isso até agora.”

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Astronomy & Astrophysics