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Medição de massa de buraco negro distante mostra bem o potencial do instrumento GRAVITY+

29 de Janeiro de 2024

Os astrónomos mediram diretamente, e pela primeira vez, a massa de um buraco negro distante, tão longínquo que a luz do seu meio circundante levou 11 mil milhões de anos a chegar até nós. A equipa, liderada por Taro Shimizu, do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, na Alemanha, descobriu que o buraco negro, chamado J0920, tem uma massa de cerca de 320 milhões de vezes a do Sol. Este resultado, descrito num artigo científico publicado hoje na revista Nature, deve-se ao GRAVITY+: uma série de melhoramentos em curso do Interferómetro do Very Large Telescope (VLTI) do ESO e do seu instrumento GRAVITY.

Para medir diretamente a massa de um buraco negro, os astrónomos utilizam telescópios que seguem o movimento do gás e das estrelas em seu redor. Quanto mais rápido é este movimento, mais massa se encontra encerrada na órbita do material. Esta técnica tem sido usada para medir a massa de buracos negros próximos, incluindo o que se situa no centro da nossa Via Láctea. No entanto, para distâncias muito grandes, este movimento é extremamente difícil de observar, o que significa que, até agora, não tinha sido possível fazer medições diretas da massa de buracos negros distantes, os quais nos abrem uma janela para um período da história do Universo em que as galáxias e os buracos negros estavam a crescer rapidamente.

A medição direta da massa de J0920 só foi possível com o primeiro conjunto de melhoramentos do GRAVITY+. Estes melhoramentos permitiram aos astrónomos observar o gás ténue e distante situado em torno do buraco negro com maior precisão do que nunca, utilizando uma técnica chamada rastreio de campo largo de franjas fora do eixo. Medir com precisão a massa de J0920 é um primeiro passo para ajudar os astrónomos a compreender como é que os buracos negros e as galáxias evoluíram em conjunto numa altura em que o Universo tinha apenas alguns milhares de milhões de anos e as galáxias ainda se estavam a formar. Para J0920, a nova medição de massa revela que o buraco negro tem cerca de quatro vezes menos massa do que o esperado, tendo em conta a massa da galáxia que o alberga; isto indica um atraso no crescimento do buraco negro relativamente à sua galáxia hospedeira.

O GRAVITY+ utiliza interferometria para combinar a luz que chega aos quatro Telescópios Principais de 8 metros que compõem o VLTI. Uma vez concluído, o GRAVITY+ incluirá tecnologia de ótica adaptativa atualizada, a qual permitirá uma melhor correção do efeito de desfocagem das imagens devido à distorção causada pela atmosfera terrestre, assim como uma melhoria do contraste das observações. O GRAVITY+ implementará também uma nova estrela guia laser em três dos Telescópios Principais e utilizará um dos lasers atualmente instalados no Telescópio Principal 4 para observar objetos mais ténues e mais distantes do que o atualmente possível.

Os melhoramentos do GRAVITY+ estão a ser implementados de forma progressiva, para garantir que as perturbações nas operações científicas do VLTI sejam as menores possíveis, o que permite também que os astrónomos testem continuamente o desempenho do GRAVITY+ à medida que este vai ficando operacional. Prevê-se que o conjunto completo das atualizações esteja concluído em 2025. As novas funcionalidades beneficiarão todos os instrumentos atuais e futuros do VLTI e, logicamente, os cientistas que os utilizam.

Mais Informações

Este trabalho foi descrito num artigo científico publicado na revista Nature intitulado “A dynamical measurement of the supermassive black hole mass in a quasar 11 billion years ago”.

A equipa é composta por R. Abuter (Observatório Europeu do Sul, Garching, Alemanha [ESO]), F. Allouche (Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange, França [Lagrange]), A. Amorim (Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, Portugal e Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Portugal [CENTRA]), C. Bailet (Lagrange), A. Berdeu (Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris, França [LESIA]), J. P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, França [UGA]), P. Berio (Lagrange), A. Bigioli (Instituto de Astronomia, KU Leuven, Bélgica [KU Leuven]), O. Boebion (Lagrange), M.-L. Bolzer (Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Alemanha [MPE], Departamento de Física, Universidade Técnica de Munique, Alemanha [TUM] e Univ. Lyon, ENS de Lyon, CNRS, Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, França [CRAL]), H. Bonnet (ESO), G. Bourdarot (MPE), P. Bourget (Observatório Europeu do Sul, Chile [ESO Chile]), W. Brandner (Instituto Max Planck de Astronomia, Alemanha [MPIA]), Y. Cao (MPE), R. Conzelman (ESO), M. Comin (ESO), Y. Clénet (LESIA), B. Courtney-Barrer (ESO Chile e Research School of Astronomy and Astrophysics, College of Science, Australian National University, Austrália [ANU]), R. Davies (MPE), D. Defrère (KU Leuven), A. Delboulbé (UGA), F. Delplancke-Ströbele (ESO), R. Dembet (LESIA), J. Dexter (Department of Astrophysical & Planetary Sciences, JILA, University of Colorado, EUA), P. T. de Zeeuw (Universidade de Leiden, Países Baixos), A. Drescher (MPE), A. Eckart (Instituto Max Planck de Rádio Astronomia, Alemanha [MPIfR] e 1º Instituto de Física, Universidade de Colónia, Alemanha [Cologne]), C. Édouard (LESIA), F. Eisenhauer (MPE), M. Fabricius (MPE), H. Feuchtgruber (MPE), G. Finger (MPE), N. M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugal [FEUP] e CENTRA), R. Garcia Lopez (School of Physics, University College Dublin, Irlanda), F. Gao (MPIfR), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE e Departments of Physics and Astronomy, University of California, EUA), J.P. Gil (ESO Chile), S. Gillessen (MPE), T. Gomes (CENTRA e FEUP), F. Gonté (ESO), C. Gouvret (Lagrange), P. Guajardo (ESO Chile), S. Guieu (IPAG), W. Hackenberg (ESO), N. Haddad (ESO Chile), M. Hartl (MPE), X. Haubois (ESO Chile), F. Haußmann (MPE), G. Heißel (LESIA e Advanced Concepts Team, Agência Espacial Europeia, TEC-SF, ESTEC, Países Baixos), T. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), S.F. Hönig (School of Physics & Astronomy, University of Southampton, Reino Unido [Southampton]), M. Horrobin (Cologne), N. Hubin (ESO), E. Jacqmart (Lagrange), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO Chile), P. Kervella (LESIA), J. Kolb (ESO), H. Korhonen (ESO Chile), S. Lacour (ESO e LESIA), S. Lagarde (Lagrange), O. Lai (Lagrange), V. Lapeyrère (LESIA), R. Laugier (KU Leuven), J.-B. Le Bouquin (IPAG), J. Leftley (Lagrange), P. Léna (LESIA), S. Lewis (ESO), D. Liu (MPE), B. Lopez (Lagrange), D. Lutz (MPE), Y. Magnard (IPAG), F. Mang (MPE e TUM), A. Marcotto (Lagrange), D. Maurel (IPAG), A. Mérand (ESO), F. Millour (Lagrange), N. More (MPE), H. Netzer (Escola de Física e Astronomia, Universidade de Telaviv, Israel [TAU]), H. Nowacki (IPAG), M. Nowak (Institute of Astronomy, University of Cambridge, Reino Unido), S. Oberti (ESO), T. Ott (MPE), L. Pallanca (ESO Chile), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), R. Petrov (Lagrange), O. Pfuhl (ESO), N. Pourré (IPAG), S. Rabien (MPE), C. Rau (MPE), M. Riquelme (ESO), S. Robbe-Dubois (Lagrange), S. Rochat (IPAG), M. Salman (KU Leuven), J. Sanchez-Bermudez (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México, México e MPIA), D.J.D. Santos (MPE), S. Scheithauer (MPIA), M. Schöller (ESO), J. Schubert (MPE), N. Schuhler (ESO Chile), J. Shangguan (MPE), P. Shchekaturov (ESO), T.T. Shimizu (MPE), A. Sevin (LESIA), F. Soulez (CRAL), A. Spang (Lagrange), E. Stadler (IPAG), A. Sternberg (TAU e Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, EUA), C. Straubmeier (Cologne), E. Sturm (MPE), C. Sykes (Southampton), L.J. Tacconi (MPE), K.R.W. Tristram (ESO Chile), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPIfR), S. Uysal (MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO) e G. Zins (ESO).

As atualizações GRAVITY+ são concebidas e implementadas pelos seguintes institutos, em conjunto com o ESO:

• Instituto Max Planck de Física Extraterrestre; Instituto Max Planck de Astronomia; Universidade de Colónia (Alemanha)
• Institut National des Sciences de l'Univers, Centro Nacional de Investigação Científica; Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble; Laboratoire d’Etudes Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique; Laboratório Lagrange; Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (França)
• Centro de Astrofísica e Gravitação do Instituto Superior Técnico; Universidade de Lisboa; Universidade do Porto (Portugal)
• University of Southampton (Reino Unido)
• Katholieke Universiteit Leuven (Bélgica)

Links

• Artigo científico
• Artigo que descreve o primeiro conjunto de melhoramentos do GRAVITY+
• Mais informações sobre o GRAVITY+

Contactos

António Amorim
Departamento de Física, CENTRA, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa
1749-016 Lisboa, Portugal
Telm.: 969897315
Email: ajbarbosa@fc.ul.pt

Paulo Garcia
Departamento de Engenharia Física, CENTRA, Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto
4200-465 Porto, Portugal
Telm.: 963235785
Email: pgarcia@fe.up.pt

Taro Shimizu
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Alemanha
Emai: shimizu@mpe.mpg.de

Antoine Mérand
VLTI Programme Scientist at ESO
Garching bei München, Alemanha
Email: amerand@eso.org

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Alemanha
Tel: +49 89 3200 6670
Telm: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org