Nota de Imprensa

Veja estrelas em órbita do buraco negro supermassivo da Via Láctea nas imagens mais profundas de sempre

14 de Dezembro de 2021

O Interferómetro do Very Large Telescope (VLTI) do Observatório Europeu do Sul (ESO) capturou as imagens mais profundas e nítidas obtidas até à data da região em torno do buraco negro supermassivo situado no centro da nossa Galáxia. As novas imagens permitiram-nos ver 20 vezes mais perto do buraco negro do que o que era possível anteriormente sem o VLTI e ajudaram os astrónomos a encontrar uma estrela previamente desconhecida perto deste objeto supermassivo. Ao seguir as órbitas das estrelas no centro da nossa Via Láctea, a equipa obteve a medição mais precisa de sempre da massa do buraco negro.

“Queremos saber mais sobre Sagitário A*, o buraco negro situado no centro da Via Láctea: Qual a sua massa? Será que roda? As estrelas em seu torno comportam-se exatamente como o previsto pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein? A melhor maneira de responder a estas questões é seguir estrelas que se deslocam em órbitas próximas do buraco negro supermassivo. E agora estamos a demonstrar que conseguimos fazê-lo com um nível de precisão mais elevado do que antes,” explica Reinhard Genzel, um diretor do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) em Garching, Alemanha, que recebeu um Prémio Nobel em 2020 pelo seu trabalho de investigação sobre Sagitário A*. Os mais recentes resultados de Genzel e da sua equipa, correspondentes ao culminar de um longo estudo de três décadas de estrelas em órbita do buraco negro supermassivo da Via Láctea, são hoje publicados em dois artigos científicos na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics.

Na sua procura de ainda mais estrelas perto do buraco negro, a equipa, chamada colaboração GRAVITY, desenvolveu uma nova técnica de análise para obter as imagens mais profundas e nítidas de sempre do nosso Centro Galáctico. “O VLTI dá-nos uma excelente resolução espacial e com as novas imagens conseguimos ver mais profundamente do que antes. Estamos espantados com a quantidade de detalhe das imagens e com a ação e número de estrelas reveladas em torno do buraco negro,” diz Julia Stadler, investigadora no Instituto Max Planck de Astrofísica em Garching, que liderou a equipa na obtenção de imagens durante o tempo que trabalhou no MPE. Curiosamente, a equipa descobriu uma estrela, a S300, que ainda não tinha sido observada anteriormente, mostrando assim quão potente é este método no que concerne a deteção de objetos muito ténues próximos de Sagitário A*.

Com estas mais recentes observações, levadas a cabo entre Março e Julho de 2021, a equipa focou-se em obter medições precisas de estrelas quando estas se aproximam do buraco negro, o que incluiu a já conhecida estrela S29, que fez sua aproximação máxima ao buraco negro no final de Março de 2021, quando passou a uma distância de apenas 13 mil milhões de km deste objeto, o que equivale a 90 vezes a distância Terra-Sol, à velocidade extraordinária de 8740 km/s. Nunca nenhuma outra estrela tinha sido observada tão perto, ou a viajar tão depressa, em torno do buraco negro central.

As medições e as imagens obtidas pela equipa foram possíveis graças ao GRAVITY, um instrumento único que a colaboração desenvolveu para o VLTI do ESO. O GRAVITY combina a radiação colectada pelos quatro Telescópios Principais de 8,2 metros do Very Large Telescope (VLT), usando uma técnica chamada interferometria. Esta técnica é complexa, “mas no final dá-nos uma imagem 20 vezes mais nítida do que as obtidas pelos telescópios individuais, revelando-nos assim os segredos do Centro Galáctico,” disse Frank Eisenhauer do MPE, investigador principal do GRAVITY.

“Seguir as estrelas que se encontram em órbitas próximas de Sagitário A* permite-nos investigar de forma precisa o campo gravitacional que rodeia o buraco negro massivo mais próximo da Terra, para testar a Relatividade Geral e determinar as propriedades do buraco negro,” explica Genzel. As novas observações, combinadas com dados anteriores obtidos da equipa, confirmam que as estrelas seguem percursos exatamente como os previstos pela Relatividade Geral para objetos que se deslocam em torno de um buraco negro com uma massa de 4,3 milhões de vezes a massa solar. Trata-se da estimativa mais precisa obtida até à data da massa do buraco negro central da Via Láctea. Os investigadores conseguiram também afinar a distância a Sagitário A*, chegando ao valor de 27 000 anos-luz.

Para obter as novas imagens, os astrónomos usaram uma técnica de aprendizagem automática, chamada Teoria de Campos de Informação. Foi feito um modelo de como seriam as fontes reais e seguidamente simulou-se o modo como o GRAVITY as veria. Por fim, fez-se uma comparação entre a simulação e as observações GRAVITY. Deste modo foi possível encontrar e seguir estrelas em torno de Sagitário A* com uma profundidade e precisão sem precedentes. Para além das observações GRAVITY, a equipa utilizou também dados do NACO e do SINFONI, dois instrumentos anteriores do VLT, assim como medições do Observatório Keck e do Observatório Gemini do NOIRLab nos EUA.

No final desta década, o GRAVITY será atualizado para GRAVITY+ e o instrumento melhorado será também instalado no VLTI do ESO, pretendendo-se assim aumentar ainda mais a sensibilidade deste instrumento para revelar estrelas ainda mais ténues e ainda mais próximas do buraco negro central. A equipa pretende eventualmente descobrir estrelas tão próximas deste objeto que as suas órbitas sentirão os efeitos gravitacionais causados pela rotação do buraco negro. O futuro Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, atualmente em construção no deserto chileno do Atacama, permitirá à equipa medir a velocidade destas estrelas com elevado grau de precisão. “Com o poder combinado do GRAVITY+ e do ELT, seremos capazes de descobrir a velocidade de rotação do buraco negro,” diz Eisenhauer. “Até agora ainda ninguém conseguiu fazer isso.”

Informações adicionais

Este trabalho de investigação foi descrito em dois artigos científicos da Colaboração GRAVITY publicados na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics.

A equipa que escreveu o artigo intitulado “The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits” (doi:10.1051/0004-6361/202142465) é composta por: R. Abuter (Observatório Europeu do Sul, Garching, Alemanha [ESO]), A. Amorim (Universidade de Lisboa - Faculdade de Ciências, Portugal, e Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Portugal [CENTRA]),  M. Bauböck (Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Garching, Alemanha [MPE], e Department of Physics, University of Illinois, EUA), J. P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, França [IPAG] e ESO), H. Bonnet (ESO), G. Bourdarot (IPAG e MPE), W. Brandner (Instituto Max Planck de Astronomia, Heidelberg, Alemanha [MPIA]), V. Cardoso (CENTRA e CERN, Genève, Suíça), Y. Clénet (Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris, Meudon, França [LESIA]), Y. Dallilar (MPE), R. Davies (MPE), P. T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Universidade de Leiden [Leiden], Países Baixos e MPE), J. Dexter (Department of Astrophysical & Planetary Sciences, JILA, Duane Physics Bldg., University of Colorado [Colorado], Boulder, EUA), A. Drescher (MPE), A. Eckart (1º Instituto de Física, Universidade de Colónia, Alemanha [Cologne] e Instituto Max Planck de Rádio Astronomia, Bona, Alemanha), F. Eisenhauer (MPE), N. M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugal e CENTRA), F. Gao (Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg, Alemanha e MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE e Departments of Physics and Astronomy, Le Conte Hall, University of California, Berkeley, EUA), S. Gillessen (MPE), M. Habibi (MPE), X. Haubois (Observatório Europeu do Sul, Santiago, Chile [ESO Chile]), G. Heißel (LESIA), T. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (Cologne), L. Jochum (ESO Chile), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO Chile), P. Kervella (LESIA), S. Lacour (LESIA), V. Lapeyrère (LESIA), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), D. Lutz (MPE), T. Ott (MPE), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), O. Pfuhl (ESO e MPE), S. Rabien (MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), J. Shangguan (MPE), T. Shimizu (MPE), S. Scheithauer (MPIA), J. Stadler (MPE), O. Straub (MPE), C. Straubmeier (Cologne), E. Sturm (MPE), L. J. Tacconi (MPE), K. R. W. Tristram (ESO Chile), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO), S. Yazici MPE e Cologne) e A. Young (MPE).

A equipa que escreveu o artigo intitulado “Deep images of the Galactic Center with GRAVITY” (doi:10.1051/0004-6361/202142459) é composta por: R. Abuter (ESO), P. Arras (Instituto Max Planck de Astrofísica [MPA], Garching, Alemanha, e Departamento de Física, Universidade Técnica de Munique [TUM], Garching, Alemanha), M. Bauböck (MPE e Department of Physics, University of Illinois, EUA), H. Bonnet (ESO), W. Brandner (MPIA), G. Bourdarot (IPAG e MPE), V. Cardoso (CENTRA e CERN), Y. Clénet (LESIA), P. T. de Zeeuw (Leiden e MPE), J. Dexter (Colorado e MPE), Y. Dallilar (MPE), A. Drescher (MPE), A. Eckart (Cologne e Instituto Max Planck de Rádio Astronomia, Bona, Alemanha), F. Eisenhauer (MPE), T. Enßlin (MPA), N. M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugal e CENTRA), F. Gao (Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg, Alemanha, e MPE),  E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE e Departments of Physics and Astronomy, Le Conte Hall, University of California, Berkeley, EUA), S. Gillessen (MPE), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO Chile), G. Heißel (LESIA), T. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (Cologne), A. Jiménez-Rosales (MPE), L. Jochum (ESO Chile), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO Chile), P. Kervella (LESIA), S. Lacour (LESIA), V. Lapeyrère (LESIA), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), D. Lutz (MPE), T. Ott (MPE) , T. Paumard (LESIA) , K. Perraut (IPAG) , G. Perrin (LESIA) , O. Pfuhl (ESO e MPE), S. Rabien (MPE), J. Shangguan (MPE), T. Shimizu (MPE), S. Scheithauer (MPIA), J. Stadler (MPE), O. Straub (MPE), C. Straubmeier (Cologne), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), K. R. W. Tristram (ESO Chile), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), I. Waisberg (Departamento de Física das Partículas & Astrofísica, Instituto Científico Weizmann, Israel e MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO), S. Yazici (MPE e Cologne), A. Young (MPE) e G. Zins (ESO).

O Observatório Europeu do Sul (ESO) ajuda cientistas de todo o mundo a descobrir os segredos do Universo, o que, consequentemente, beneficia toda a sociedade. No ESO concebemos, construimos e operamos observatórios terrestres de vanguarda — os quais são usados pelos astrónomos para investigar as maiores questões astronómicas da nossa época e levar ao público o fascínio da astronomia — e promovemos colaborações internacionais em astronomia. Estabelecido como uma organização intergovernamental em 1962, o ESO é hoje apoiado por 16 Estados Membros (Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Irlanda, Itália, Países Baixos, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça), para além do Chile, o país de acolhimento, e da Austrália como Parceiro Estratégico. A Sede do ESO e o seu centro de visitantes e planetário, o Supernova do ESO, situam-se perto de Munique, na Alemanha, enquanto o deserto chileno do Atacama, um lugar extraordinário com condições únicas para a observação dos céus, acolhe os nossos telescópios. O ESO mantém em funcionamento três observatórios: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera o Very Large Telescope e o Interferómetro do Very Large Telescope, assim como dois telescópios de rastreio: o VISTA, que trabalha no infravermelho, e o VLT Survey Telescope, concebido para mapear o céu no visível. Ainda no Paranal, o ESO acolherá e operará o Cherenkov Telescope Array South, o maior e mais sensível observatório de raios gama do mundo. Juntamente com parceiros internacionais, o ESO opera o APEX e o ALMA no Chajnantor, duas infraestruturas que observam o céu no domínio do milímetro e do submilímetro. No Cerro Armazones, próximo do Paranal, estamos a construir “o maior olho do mundo voltado para o céu” — o Extremely Large Telescope do ESO. Dos nossos gabinetes em Santiago do Chile, apoiamos as nossas operações no país e trabalhamos com parceiros chilenos e com a sociedade chilena.

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