Conheça Andrea Ghez e Reinhard Genzel, um dos ganhadores do Nobel de Física 2020

O prêmio Nobel de Física de 2020 foi dividido, com metade para Roger Penrose pela descoberta de que a “formação de buracos negros é uma previsão robusta da teoria da relativida geral” e a outra metade para Andrea Ghez e Reinhard Genzel pela “descoberta de um objeto compacto supermassivo no centro da Via Láctea”.

Andrea Ghez nasceu em 1965, na cidade de Nova York (Estados Unidos), tendo Ph.D em 1992 pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia, em Pasadena (EUA). Atualmente é professora na Universidade da Califórnia em Los Angeles.

Reinhard Genzel nasceu em 1952 em Bad Homburg vor der Höhe (Alemanha), tendo Ph.D. em 1978 na Universidade de Bonn, Alemanha. Atualmente é diretor do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre em Garching na Alemanha e Professor da Universidade da Califórnia em Berkeley nos Estados Unidos.

Sabemos que um dos objetivos de pesquisa em astrofísica é determinar o potencial gravitacional devido a objetos no centro da galáxia, pois através dele podemos inferir se um objeto compacto ou densos aglomerados de objetos estelares conhecidos, são os responsáveis por gerar esse potencial.

Caso o potencial gravitacional no centro da Via Láctea fosse devido unicamente a aglomerados estelares espacialmente estendidos, a velocidade dos objetos em órbita do centro de massa aumentaria com a distância ao mesmo. Porém, se a massa no centro galáctico está concentrada em um objeto compacto, as velocidades estelares típicas de estrelas a uma distância r do objeto deveriam ser inversamente proporcionais à raiz quadrada de r, ou seja, diminuindo com a distância ao centro. Desse modo, observações de velocidades estelares são essenciais para a investigação da existência de um possível buraco negro no centro galáctico.

Os ganhadores do prêmio Nobel, Reinhard Genzel e Andrea Ghez, lideraram dois times observacionais independentes, ambos monitorando o movimento de estrelas orbitando o centro galáctico nas últimas três décadas. O grupo liderado por Genzel usou telescópios situados no Chile e operados pelo Observatório Europeu do Sul (ESO), já o grupo liderado por Ghez usou o Observatório Keck no Hawaii. Os telescópios utilizados por ambos os grupos estão entre os maiores telescópios atualmente em operação.

Devido a poeira interestelar no centro da Via Láctea, observações no óptico são muito difíceis de serem feitas, portanto ambos os grupos realizaram observações no infravermelho próximo. As velocidades das estrelas, medidas a partir da análise de linhas de absorção dos espectros das mesmas, mostram que a velocidade é proporcional ao inverso da raiz quadrada de r, comportamento esperado para uma concentração pontual de massa.

Com o desenvolvimento da técnica de óptica adaptativa, a qual consiste em identificar e corrigir o efeito da turbulência na atmosfera terrestre em observações astronômicas, a partir da observação de fontes pontuais, como estrelas, tornou-se possível estudar a composição das estrelas, bem como obter informações sobre suas velocidades radiais. Além disso, também se tornou possível medir precisamente órbitas de estrelas individuais dentro de uma boa escala de tempo.

Uma das estrelas estudadas, nomeada de S2 pelo grupo de Genzel, mostrou-se possuir um período orbital muito curto, de apenas 16 anos, com uma elipticidade da órbita de 0.88.

A concordância dos dados dos observatórios usados pelos dois grupos, e as análises conjuntas de dados combinados, mostrou que a componente de massa estendida (estrelas visíveis, remanescentes estelares e possivelmente matéria escura) dentro da órbita de S2, tinha uma contribuição negligenciável para a medida da massa central.

O trabalho dos dois times estabeleceu que o centro galáctico contém uma massa altamente concentrada de cerca de 4 milhões de massas solares dentro do pericentro da órbita de S2. A posição do centróide de massa está dentro de +- 2 milissegundos de arco da posição da compacta fonte de rádio Sgr A*.

Uma robusta interpretação dessas observações é que o objeto compacto no centro galáctico é compátivel com a existência de um buraco negro supermassivo. Outros suportes para esta conclusão vem do fato de que os flares do infravermelho próximo e raios-X são observados na mesma posição, os quais podem ser naturalmente relacionados a variações na taxa de acreção de massa do buraco negro.

Como conclusão, deixamos a frase dita por David Haviland, presidente do Comitê Nobel de Física, “As descobertas dos laureados deste ano abriram novos caminhos no estudo de objetos compactos e supermassivos. Mas esses objetos exóticos ainda colocam muitas questões que imploram por respostas e motivam pesquisas futuras. Não apenas perguntas sobre sua estrutura interna, mas também perguntas sobre como testar nossa teoria da gravidade sob as condições extremas nas imediações de um buraco negro ”.

Texto escrito por Greique Ademir Valk, acadêmico do 5º semestre de Física-Bacharelado e bolsista do PET-Física UFSM.

Referências

MLA style: Advanced information. NobelPrize.org. Nobel Media AB 2020. 7 Out 2020. <https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/advanced-information/>

MLA style: Press release: The Nobel Prize in Physics 2020. NobelPrize.org. Nobel Media AB 2020. 7 Out 2020. <https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/press-release/>