Crédito de imagem: ESO
Uma equipe de astrônomos avistou uma estrela de outra maneira normal fazendo um passe próximo com o buraco negro supermassivo que se esconde no centro da nossa Via Láctea. Na sua aproximação mais próxima, a estrela estava a apenas 17 horas-luz do buraco negro (três vezes a distância do Sol a Plutão). As imagens da região foram coletadas ao longo de 10 anos usando o sistema de óptica adaptativa no Observatório Paranal do Observatório Europeu do Sul.
Uma equipe internacional de astrônomos [2], liderada por pesquisadores do Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre (MPE), observou diretamente uma estrela normal que orbita o buraco negro supermassivo no centro da galáxia da Via Láctea.
Dez anos de medições meticulosas foram coroados por uma série de imagens únicas obtidas pelo instrumento NAOS-CONICA (NACO) da Adaptive Optics (AO) [3] no telescópio VLT YEPUN de 8,2 m no Observatório Paranal do ESO. Acontece que, no início deste ano, a estrela se aproximou do buraco negro central em até 17 horas-luz - apenas três vezes a distância entre o Sol e o planeta Plutão - enquanto viajava a nada menos que 5000 km / s.
Medições anteriores das velocidades das estrelas próximas ao centro da Via Láctea e emissão variável de raios-X dessa área forneceram as evidências mais fortes até agora da existência de um buraco negro central em nossa galáxia e, implicitamente, que a massa escura as concentrações vistas em muitos núcleos de outras galáxias provavelmente também são buracos negros supermassivos. No entanto, ainda não foi possível excluir várias configurações alternativas.
Em um artigo inovador publicado na revista de pesquisa Nature em 17 de outubro de 2002, a equipe atual relata seus resultados emocionantes, incluindo imagens de alta resolução que permitem rastrear dois terços da órbita de uma estrela designada "S2". Atualmente, é a estrela observável mais próxima da fonte de rádio compacta e do enorme candidato a buraco negro "SgrA *" ("Sagitário A") no centro da Via Láctea. O período orbital é de pouco mais de 15 anos.
As novas medidas excluem com grande confiança que a massa escura central consiste em um aglomerado de estrelas incomuns ou partículas elementares, e deixam poucas dúvidas sobre a presença de um buraco negro supermassivo no centro da galáxia em que vivemos.
Quasares e buracos negros
Desde a descoberta dos quasares (fontes de rádio quase estelares) em 1963, os astrofísicos têm procurado uma explicação da produção de energia nesses objetos mais luminosos do Universo. Os quasares residem nos centros das galáxias, e acredita-se que a enorme energia emitida por esses objetos se deva à matéria caindo sobre um buraco negro supermassivo, liberando energia gravitacional por meio de radiação intensa antes que o material desapareça para sempre no buraco (na terminologia da física: “Passa além do horizonte de eventos” [4]).
Para explicar a prodigiosa produção de energia de quasares e outras galáxias ativas, é preciso conjeturar a presença de buracos negros com massas de um milhão a vários bilhões de vezes a massa do Sol. Nos últimos anos, muitas evidências vêm se acumulando em apoio ao modelo de “buraco negro crescente” acima, para quasares e outras galáxias, incluindo a detecção de concentrações de massa escura em suas regiões centrais.
No entanto, uma prova inequívoca requer a exclusão de todas as outras configurações possíveis de buracos não-negros da concentração de massa central. Para isso, é imperativo determinar a forma do campo gravitacional muito próximo ao objeto central - e isso não é possível para os quasares distantes devido às limitações tecnológicas dos telescópios atualmente disponíveis.
O centro da Via Láctea
O centro de nossa galáxia da Via Láctea está localizado na constelação do sul de Sagitário (O Arqueiro) e está "apenas" a 26.000 anos-luz de distância [5]. Em imagens de alta resolução, é possível discernir milhares de estrelas individuais na região central de um ano-luz (isso corresponde a cerca de um quarto da distância de "Proxima Centauri", a estrela mais próxima do sistema solar) .
Usando os movimentos dessas estrelas para sondar o campo gravitacional, observações com o Telescópio de Nova Tecnologia de 3,5 m (NTT) no Observatório ESO La Silla (Chile) (e posteriormente no telescópio Keck de 10 m, Havaí, EUA) A última década mostrou que uma massa de cerca de 3 milhões de vezes a do Sol está concentrada em um raio de apenas 10 dias-luz [5] da fonte compacta de rádio e raio X SgrA * (“Sagitário A”) no centro do aglomerado de estrelas.
Isso significa que SgrA * é a contraparte mais provável do buraco negro e, ao mesmo tempo, torna o Centro Galáctico a melhor evidência para a existência de tais buracos negros supermassivos. No entanto, essas investigações anteriores não puderam excluir várias outras configurações de buracos não-negros.
“Precisávamos de imagens ainda mais nítidas para resolver a questão de saber se é possível configurar outra coisa além de um buraco negro e contamos com o telescópio ESO VLT para fornecê-las”, explica Reinhard Genzel, diretor do Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre ( MPE) em Garching, perto de Munique (Alemanha) e membro da equipe atual. “O novo instrumento NAOS-CONICA (NACO), construído em estreita colaboração entre nosso instituto, o Instituto Max-Planck de Astronomia (MPIA: Heidelberg, Alemanha), o ESO e os Observatórios Paris-Meudon e Grenoble (França), foi apenas o que precisávamos para dar esse passo decisivo adiante ”.
As observações da NACO do centro da Via Láctea
O novo instrumento NACO [3] foi instalado no final de 2001 no telescópio VLT 8.2 m YEPUN. Já durante os testes iniciais, ele produziu muitas imagens impressionantes, algumas das quais foram objeto de comunicados de imprensa anteriores do ESO [6].
“As primeiras observações deste ano com a NACO nos deram imediatamente as imagens mais nítidas e 'profundas' do Centro da Via Láctea, mostrando um grande número de estrelas nessa área em grande detalhe”, diz Andreas Eckart, da Universidade de Colônia, outro membro da equipe internacional liderada por Rainer Schöl, Thomas Ott e Reinhard Genzel, da MPE. "Mas ainda estávamos impressionados com o maravilhoso resultado desses dados!"
Combinando suas imagens infravermelhas com dados de rádio de alta resolução, a equipe conseguiu determinar - durante um período de dez anos - posições muito precisas de cerca de mil estrelas na área central em relação à fonte de rádio compacta SgrA *, veja PR Photo 23c / 02.
“Quando incluímos os dados mais recentes da NACO em nossa análise em maio de 2002, não conseguimos acreditar em nossos olhos. A estrela S2, que atualmente é a mais próxima de SgrA *, acabara de realizar um balanço rápido próximo à fonte de rádio. De repente, percebemos que estávamos realmente testemunhando o movimento de uma estrela em órbita ao redor do buraco negro central, aproximando-o incrivelmente desse objeto misterioso ”, diz Thomas Ott, muito feliz, que agora trabalha na equipe MPE em sua tese de doutorado. .
Em órbita ao redor do buraco negro central
Nenhum evento como este já foi gravado. Estes dados únicos mostram inequivocamente que S2 está se movendo ao longo de uma órbita elíptica com SgrA * em um foco, isto é, S2 orbita SgrA * como a Terra orbita o Sol, cf. o painel direito da foto PR 23c / 02.
Os excelentes dados também permitem uma determinação precisa dos parâmetros orbitais (forma, tamanho, etc.). Acontece que o S2 alcançou a distância mais próxima do SgrA * na primavera de 2002, momento em que ficava a apenas 17 horas-luz [5] da fonte de rádio, ou apenas 3 vezes a distância de Sun-Plutão. Ele estava então se movendo a mais de 5000 km / s, ou quase duzentas vezes a velocidade da Terra em sua órbita ao redor do Sol. O período orbital é de 15,2 anos. A órbita é bastante alongada - a excentricidade é de 0,87 - indicando que S2 está a cerca de 10 dias-luz da massa central no ponto orbital mais distante [7].
“Agora podemos demonstrar com certeza que SgrA * é realmente a localização da massa escura central que sabíamos que existia. Ainda mais importante, nossos novos dados "encolheram" por um fator de vários milhares de volume dentro do qual esses milhões de massas solares estão contidas ", diz Rainer Schöl, estudante de doutorado do MPE e também primeiro autor do artigo resultante.
De fato, os cálculos dos modelos agora indicam que a melhor estimativa da massa do buraco negro no centro da Via Láctea é 2,6? 0,2 milhão de vezes a massa do sol.
Nenhuma outra possibilidade
De acordo com a análise detalhada apresentada no artigo da Nature, outras configurações anteriormente possíveis, como aglomerados muito compactos de estrelas de nêutrons, buracos negros de tamanho estelar ou estrelas de baixa massa ou mesmo uma bola de supostos neutrinos pesados, podem agora ser definitivamente excluídos.
A única configuração ainda viável de buraco negro não é uma estrela hipotética de partículas elementares pesadas chamadas bósons, que se pareceriam muito com um buraco negro. "No entanto", diz Reinhard Genzel, "mesmo que uma estrela do bóson seja, em princípio, possível, ela entraria em colapso rapidamente em um buraco negro supermassivo de qualquer maneira, então eu acho que praticamente concluímos o caso!"
Próximas observações
“Muitos astrofísicos aceitariam que os novos dados forneçam evidências convincentes de que existe um buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. Isso torna ainda mais provável a interpretação supermassiva do buraco negro para a enorme concentração de massa escura detectada no centro de muitas outras galáxias ”, diz Alvio Renzini, cientista do programa VLT do ESO.
Então, o que resta fazer? A próxima grande missão agora é entender quando e como esses buracos negros supermassivos se formaram e por que quase todas as galáxias massivas parecem conter um. A formação de buracos negros centrais e a de suas próprias galáxias parecem cada vez mais ser apenas um problema e o mesmo. De fato, um dos grandes desafios para o VLT resolver nos próximos anos.
Também há pouca dúvida de que as observações interferométricas com instrumentos no Interferômetro VLT (VLTI) e no Telescópio Binocular Grande (LBT) também resultarão em outro grande salto dentro deste empolgante campo de pesquisa.
Andreas Eckart está otimista: “Talvez até seja possível com observações de raios-X e rádio nos próximos anos demonstrar diretamente a existência do horizonte de eventos.”
Fonte original: Comunicado de imprensa do ESO
