VLT TESTA TEORIA DA RELATIVIDADE GERAL DE EINSTEIN FORA DA VIA LÁCTEA 22 de junho de 2018
Imagem da galáxia próxima ESO 325-G004 criada a partir de dados recolhidos pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e pelo instrumento MUSE montado no VLT do ESO. O MUSE mediu a velocidade das estrelas em ESO 325-G004, o que resultou no mapa de dispersão de velocidades que está sobreposto à imagem do Telescópio Espacial Hubble. O conhecimento da velocidade das estrelas permitiu aos astrónomos inferir a massa de ESO 325-G004. A imagem inserida mostra o anel de Einstein que resulta da distorção da luz emitida por uma fonte mais distante devido à intervenção da lente ESO 325-G004, o qual se torna visível após subtração da luz emitida pela galáxia lente.
Crédito: ESO, ESA/Hubble, NASA
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Com o auxílio do instrumento MUSE montado no VLT (Very Large Telescope) do ESO, no Chile, e do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, os astrónomos fizeram o teste mais preciso, executado até à data, da teoria da relatividade geral de Einstein fora da Via Láctea. A galáxia próxima ESO 325-G004 atua como uma forte lente gravitacional, distorcendo a radiação emitida por uma galáxia distante situada por trás dela e dando origem a um anel de Einstein em torno do seu centro. Ao comparar a massa de ESO 325-G004 com a curvatura do espaço em sua volta, os astrónomos descobriram que a gravidade a estas escalas astronómicas se comporta como previsto pela relatividade geral, eliminando assim algumas teorias de gravidade alternativas.
Com o auxílio do instrumento MUSE montado no VLT do ESO, uma equipa liderada por Thomas Collett, da Universidade de Portsmouth no Reino Unido, calculou a massa de ESO 325-G004 ao medir o movimento das estrelas no seio desta galáxia elíptica próxima.
Collett explica: "Usámos dados obtidos pelo VLT do ESO, no Chile, para medir quão rapidamente as estrelas se estavam a mover em ESO 325-G004, o que nos permitiu inferir a quantidade de massa que deve existir na galáxia para manter estas estrelas em órbita."
Por outro lado, a equipa conseguiu também medir outro aspeto da gravidade. Com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, observou-se um anel de Einstein, um fenómeno que resulta da luz de uma galáxia distante estar a ser distorcida por ESO 325-G004. A observação deste anel permitiu aos astrónomos medir como é que a luz, e consequentemente o espaço-tempo, está a ser distorcida pela enorme massa de ESO 325-G004.
A teoria da relatividade geral de Einstein prevê que os objetos deformem o espaço-tempo à sua volta, fazendo com que a luz que passa por ele seja desviada e dando origem a um fenómeno conhecido por lente gravitacional. Este efeito apenas se torna evidente para objetos muito massivos. São conhecidas algumas centenas de lentes gravitacionais fortes, mas muitas estão demasiado distantes para se medir com precisão as suas massas. No entanto, a galáxia ESO 325-G004 constitui uma das lentes mais próximas de nós, situada a apenas 450 milhões de anos-luz de distância da Terra.
Collett continua: "Com dados obtidos pelo MUSE determinámos a massa da galáxia situada em primeiro plano e com o Hubble medimos a quantidade de efeito de lente gravitacional observado. Seguidamente comparámos estas duas maneiras de medir a força da gravidade — e o resultado foi exatamente o previsto pela relatividade geral, com uma incerteza de apenas 9%. Trata-se do teste mais preciso feito à relatividade geral, fora da Via Láctea, realizado até à data. E usámos apenas uma galáxia!"
A relatividade geral foi testada com muita precisão às escalas do Sistema Solar e alguns trabalhos observaram estrelas no centro da Via Láctea, mas até à data não tinha havido testes precisos para escalas astronómicas maiores. Testar o longo alcance das propriedades da gravidade é vital para validar o atual modelo cosmológico.
Esta descoberta pode ter implicações importantes para os modelos de gravidade alternativos à relatividade geral. Estas teorias alternativas preveem que os efeitos da gravidade na curvatura do espaço-tempo são "dependentes da escala", o que significa que a gravidade se deveria comportar de maneira diferente a escalas astronómicas do que se comporta às escalas mais pequenas do Sistema Solar. Collett e a sua equipa descobriram que este não é muito provavelmente o caso, a menos que estas diferenças ocorram apenas a escalas maiores que 6000 anos-luz.
"O Universo é um lugar espantoso, dando-nos acesso a estas lentes gravitacionais que podemos usar como laboratórios," acrescenta o membro da equipa Bob Nichol da Universidade de Portsmouth. "É extremamente satisfatório usar os melhores telescópios do mundo para desafiar Einstein e descobrir que afinal ele tinha razão."
Esta figura esquemática mostra como é que a luz emitida por uma galáxia longínqua é distorcida pelo efeito gravitacional de uma galáxia mais próxima, que atua como uma lente, fazendo com que a fonte distante apareça distorcida mas mais brilhante e formando característicos anéis de luz, os chamados anéis de Eisntein. Uma análise cuidada da distorção revelou que algumas destas galáxias com formação estelar intensa apresentam um brilho equivalente a 40 mil milhões de sóis, sendo que as lentes gravitacionais amplificaram até 22 vezes este valor.
Crédito: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al.
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Este esquema compara os dois métodos usados para medir a massa da galáxia ESO 325-G004. O primeiro método fez uso do VLT para medir as velocidades das estrelas em ESO 325-G004. O segundo método utilizou o Telescópio Espacial Hubble para observar um anel de Einstein causado pela luz emitida por uma galáxia de fundo que está a ser distorcida por ESO 325-G004. Ao comparar estes dois métodos de medição da força da gravidade de ESO 325-G004, determinou-se que a teoria da relatividade geral de Einstein funciona a escalas extragalácticas — algo que nunca tinha sido testado anteriormente.
Crédito: ESO, ESA/Hubble, NASA
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Esta imagem obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA mostra uma coleção diversa de galáxias no enxame Abell S0740, situado a mais de 450 milhões de anos de distância na direção da constelação de Centauro. A galáxia elíptica gigante ESO 325-G004 encontra-se no centro deste enxame. O Hubble consegue resolver milhares de enxames estelares globulares em órbita de ESO 325-G004. Os enxames globulares são grupos compactos de centenas a milhares de estrelas ligadas gravitacionalmente. À distância da galáxia estes objetos parecem minúsculos pontos de luz contidos no halo difuso. Esta imagem foi criada ao combinar observações científicas do Hubble obtidas em Janeiro de 2005 com observações do Legado Hubble obtidas um ano mais tarde, o que resultou numa imagem composta a três cores. Foram usados os filtros que isolam a luz azul, vermelha e infravermelha da Câmara Avançada para Rastreios colocada a bordo do Hubble.
Crédito: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
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