Relatividade Geral de Einstein é aprovada em mais um teste – e um bem grande

Por , em 27.07.2018

Mesmo mais de 100 anos depois de ser apresentada, a Teoria da Relatividade Geral de Einstein continua sendo provada correta pelas observações modernas. Agora, pela primeira vez, ela foi confirmada no campo gravitacional mais extremo da Via Láctea, aquele criado por Sagitário A *, o buraco negro supermassivo que descansa no centro de nossa galáxia e tem uma massa equivalente a 4 milhões de sóis.

Por mais de 20 anos, astrônomos observaram uma estrela que gira em torno do buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia, a uma velocidade que chega até 25 milhões de quilômetros por hora (3% da velocidade da luz). A estrela, chamada S2, acabou de fazer uma de suas passagens mais próximas de Sagitário A *. Dessa vez, os astrônomos puderam observar esse encontro com uma nitidez nunca antes possível e puderam constatar que a estrela se comportou exatamente como a relatividade previa.

“Esta é a segunda vez que observamos a passagem próxima de S2 em torno do buraco negro em nosso centro galáctico. Mas desta vez, devido à instrumentação muito melhorada, pudemos observar a estrela com uma resolução sem precedentes. Temos nos preparado intensamente para este evento ao longo de vários anos, pois queríamos aproveitar ao máximo esta oportunidade única de observar os efeitos relativísticos gerais”, explica o astrofísico Reinhard Genzel. do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), na Alemanha, em matéria publicada no site do Observatório Europeu do Sul (ESO) – a descoberta foi feita através de observações do Very Large Telescope do ESO.

Existem três destas estrelas em órbita próxima de Sgr A *. A S2, em sua órbita elíptica, é uma das duas estrelas que mais se aproxima do buraco negro. Ela chega a apenas 17 horas-luz do centro da galáxia, cerca de quatro vezes a distância entre o Sol e Netuno.

Em termos de distâncias galácticas, isso é muito perto. É o efeito de Sgr A * sobre sua vizinha que a acelera até quase 3% da velocidade da luz.

A previsão da relatividade

A relatividade diz que, quando S2 está tão perto assim do buraco negro, o efeito gravitacional dele deveria esticar a luz da estrela em comprimentos de onda maiores, em direção à extremidade vermelha do espectro eletromagnético. Este é um fenômeno bem conhecido chamado desvio gravitacional para o vermelho.

As observações mostraram exatamente este resultado. As novas medições revelam muito claramente o desvio para o vermelho, a primeira detecção direta a ser feita perto de um buraco negro supermassivo, provando, mais uma vez, a teoria da relatividade geral de Einstein.

Estonteante imagem mostra a visão mais clara já feita do centro da Via Láctea

“Nossas primeiras observações do S2 com o GRAVITY, há cerca de dois anos, já mostraram que teríamos o laboratório ideal para buracos negros. Durante a passagem de perto, pudemos até mesmo detectar o brilho fraco em torno do buraco negro na maioria das imagens, o que nos permitiu seguir precisamente a estrela em sua órbita, levando à detecção do desvio gravitacional para o vermelho no espectro de S2”, conta o astrofísico Frank Eisenhauer, do MPE, também na matéria do ESO.

Validade das leis

Observar a estrela ao redor do buraco negro no centro da galáxia não foi tarefa fácil. Ele está a 26.000 anos-luz de distância. Além disso, a região é envolta em uma espessa nuvem de poeira, o que torna as observações de luz visível impossíveis.

A equipe de pesquisa precisou usar vários instrumentos no Very Large Telescope para observar o pericentro da estrela. O SINFONI, o GRAVITY e o NACO possuem sensores de infravermelho e infravermelho próximo, que podem penetrar no pó para captar fontes de infravermelho. Usando esses instrumentos, a equipe de pesquisa mediu a velocidade e mapeou a órbita de S2 ao girar em torno de Sgr A *.

“Aqui no Sistema Solar só podemos testar as leis da física sob certas circunstâncias. Por isso, é muito importante na astronomia verificar também se essas leis ainda são válidas onde os campos gravitacionais são muito mais fortes”, explica Françoise Delplancke, chefe do Departamento de Engenharia de Sistemas do ESO.

Testes na relatividade

Nos últimos anos, vários testes e observações comprovaram a relatividade. Recentemente, um sistema estelar com três estrelas, uma galáxia inteira dobrando o espaço e a descoberta das ondas gravitacionais demonstraram que a física do universo está de acordo com a teoria de 100 anos de Einstein.

Mas esses casos envolvem objetos que pesam no máximo algumas dezenas de massas solares. O teste envolvendo Sgr A * está em outro patamar, no dos campos gravitacionais extremos. “Essa escala de massa não foi testada”, diz Stefan Gillessen, outro membro da equipe, em matéria publicada no site da revista Science Magazine.

“Este é o primeiro passo em uma escada de testes da relatividade geral”, diz Gillessen. Durante o próximo ano ou dois, eles esperam que outro fenômeno previsto pela relatividade possa ser testado. Os astrônomos esperam que caminho da S2 comece a divergir um pouco do que ocorreu há 16 anos, quando ela se aproximou do buraco negro da última vez. Este fenômeno é conhecido como a precessão de Schwarzschild, na qual o eixo da órbita da estrela é deslocado por uma pequena quantidade em cada circuito. “Estamos começando a ver isso, mas levará mais um ou dois anos para tornar os dados robustos”, diz Genzel.

Agora, os cientistas tentarão encontrar outras estrelas ainda mais perto de Sgr A * do que S2. Rastrear suas órbitas poderia permitir aos pesquisadores medir a taxa de rotação do buraco negro. E instrumentos cada vez mais sensíveis podem ser capazes de detectar material caindo no buraco negro a metade da velocidade da luz e jatos explodindo de seus polos. “Só podemos sonhar com as possibilidades”, diz Gillessen.

Caso haja circunstâncias nas quais a relatividade se mostre inválida, os cientistas terão que repensar a maneira como entendem o Universo, talvez tendo até que pensar em uma nova forma de física. Se um dia a relatividade vier a falhar, é mais provável que isso aconteça apenas sob condições absolutamente extremas. Por enquanto, Einstein continua incrivelmente certo. [ESO, Science Magazine, Science Alert]

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2 comentários

  • Alberto Carvalhal Campos:

    Temos que levar em conta o magnetismo. A gravidade não interferem nos fótons. O magnetismo sim e os desvia e provoca esta ação na luminosidade.

    • Cesar Grossmann:

      Campos magnéticos constantes não afetam fótons, mas campos magnéticos variáveis afetam, quando o material pelo qual a luz está viajando apresenta o efeito Faraday. Procura “Q & A: magnetic fields and light”.

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