A Relatividade Geral e Especial passa no mais rigoroso teste astronômico até o momento

Durante quase três décadas, astrônomos vêm acompanhando a estrela S2 enquanto ela orbita ao redor do gigantesco buraco negro (1) que se encontra no centro da nossa galáxia (Via Láctea). E o que os pesquisadores encontraram foi mais uma prova de confirmação das predições da Teoria da Relatividade Geral (2): a luz da estrela sofreu um desvio gravitacional para o vermelho (3) ao passar próximo do massivo corpo espacial. Até o momento, esse fenômeno nunca tinha sido detectado na região ao redor de um buraco negro, apenas existindo evidências indiretas. Além disso, confirmou também um efeito relativísticos associado à Relatividade Especial. Em outras palavras a Relatividade Especial e Geral continua bem consistente, tendo derrubado todos os testes da sua validade em diferentes situações dentro e fora do Sistema Solar, e agora passou pelo seu mais rigoroso teste envolvendo corpos supermassivos.

Leitura recomendada:

• (1) O que são os Buracos Negros?
• (2) A inexorável Teoria da Relatividade Geral
• (3) O que é o Desvio para o Vermelho na Astronomia?

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O time de astrônomos liderado por Reinhard Genzel, do Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, em Garching, Alemanha, anunciou a descoberta hoje em uma conferência de imprensa e reportou os resultados do longo estudo no periódico Astronomy & Astrophysics. O time engloba cientistas de universidades e instituições de pesquisa na Alemanha, França, Portugal, Suíça, Holanda, EUA e Irlanda. Eles vêm estudando e acompanhando a estrela S2 desde o início da década de 1990.

Usando telescópios no Observatório Europeu do Sul no Chile - incluindo um sistema interferômetro que combina a luz recebida por 4 telescópios de 8 metros de diâmetro chamado de GRAVITY -, os pesquisadores observaram a estrela enquanto ela viajava em uma órbita altamente elíptica ao redor do enorme buraco negro, este o qual fica a 26 mil anos-luz da Terra, na constelação de Sagitário, e recebe o nome de  Sgr A*. Com uma massa cerca de 4 milhões de vezes àquela do Sol, o buraco negro supermassivo gera o mais forte campo gravitacional na Via Láctea, tornando-o um excelente sistema para se estudar e observar efeitos relativísticos. Em 19 de maio deste ano, a estrela S2 passou pelo ponto da sua trajetória mais próximo do buraco negro.

O GRAVITY mediu toda a movimentação da estrela S2 nos últimos 26 anos. Quando estava em sua velocidade máxima na linha de visão com a Terra (em abril deste ano), a estrela alcançou incríveis 7650 km/s, algo quase 3% a velocidade da luz. Ao mesmo tempo, outros instrumentos astronômicos estudaram o quão rápido a S2 se movia na nossa direção no sentido contrário e a favor. Combinando essas observações, e descontando o efeito de redshift (desvio para o vermelho) não-gravitacional (3) (Newtoniano), os pesquisadores puderam computar o quanto a luz emitida pela estrela tinha seu conjunto de comprimentos de onda (associados a fótons em várias frequências) esticados (ficando mais longos, ou seja, com menor frequência/energia) devido ao violento efeito gravitacional do buraco negro.

O resultado mostrou estar de acordo com a previsão da Relatividade Geral e Especial, ou seja, a dinâmica Newtoniana não era suficiente para explicar o fenômeno, necessitando que fossem inclusos efeitos relativísticos Doppler transverso (um redshift que ocorre quando um objeto está se movendo tangencialmente à linha de visão)  e do redshift gravitacional. O primeiro efeito é explicado pela Relatividade Especial (1) e o segundo pela Relatividade Geral. O campo gravitacional do Sgr A* deslocou (redshifted) a velocidade radial da S2 em 200 km/s (z = ∆λ/λ ≈ 200 km s−1 /c).

Além de reforçar a validade da Teoria da Relatividade Geral e Especial, o novo estudo traz uma base física importante para o melhor entendimento dos buracos negros. Futuramente, os pesquisadores esperam também verificar se outros efeitos relativísticos estão de acordo com a mecânica pós-Newtoniana. Outro time de astrônomos Norte-Americanos também está acompanhando a estrela S2 desde a década de 1990 - a partir de dois telescópios Keck gêmeos de 10 metros de diâmetro no Hawaii -, mas está acumulando mais dados para a conclusão de um estudo independente no final deste ano.

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Publicação do estudo: AANDA

Referências adicionais:
1. https://www.nature.com/articles/d41586-018-05825-3
2. http://www.sciencemag.org/news/2018/07/star-s-black-hole-encounter-puts-einstein-s-theory-gravity-test