Não há como negar que algo gigantesco se esconde no coração da galáxia Via Láctea - mas um novo estudo levanta a hipótese de que um buraco negro supermassivo pode não ser a única explicação possível.
Até agora, todas as medições do centro galáctico são compatíveis com um objeto extremamente denso, com cerca de 4 milhões de vezes a massa do Sol. O artigo recém-publicado, no entanto, argumenta que, com uma pequena margem de interpretação, o mesmo conjunto de evidências também pode se encaixar num cenário diferente: um grande e compacto aglomerado de matéria escura fermiônica, sem horizonte de eventos.
No momento, ainda não dispomos de precisão observacional suficiente para distinguir claramente entre esses dois modelos. Por outro lado, se o núcleo galáctico for composto por matéria escura, os astrónomos ganhariam uma nova forma de interpretar a estrutura de matéria escura de toda a galáxia.
"Não estamos apenas substituindo o buraco negro por um objeto escuro; estamos propondo que o objeto central supermassivo e o halo de matéria escura da galáxia são duas manifestações da mesma substância contínua", explica o astrofísico Carlos Argüelles, do Instituto de Astrofísica de La Plata, na Argentina.
Buraco negro supermassivo ou matéria escura no centro da Via Láctea
A matéria escura é um dos maiores enigmas do Universo. Os cientistas conseguem calcular com grande exatidão quanto de matéria comum existe no cosmos. Porém, depois de somar tudo, sobra - de forma dramática - mais gravidade do que essa matéria pode explicar.
O que quer que esteja por trás dessa gravidade extra não absorve nem emite luz; a sua existência só é inferida pelo efeito gravitacional. É isso que chamamos de matéria escura. E ela responde por tanta gravidade que representa cerca de 84 percent da “conta” total de matéria do Universo.
Curiosamente, a confirmação de que há um objeto massivo no centro da Via Láctea também veio pela gravidade: ao rastrear as trajetórias longas e em laços, bem como as variações de velocidade, de estrelas muito rápidas que orbitam o centro galáctico.
A explicação mais direta para essa massa - a que exige menos suposições adicionais - é a presença de um buraco negro supermassivo, chamado Sagittarius A* (Sgr A*). Em 2022, uma imagem obtida pela colaboração do Telescópio do Horizonte de Eventos (EHT) chegou a aparentar a “sombra” do buraco negro.
Mesmo assim, não é a única leitura possível. Trabalhos anteriores já indicaram, por exemplo, que um disco de acreção brilhando ao redor de um aglomerado concentrado de matéria escura poderia gerar uma sombra notavelmente parecida com a captada pelo EHT.
Estrelas S e o teste com a órbita de S2 em Sgr A*
Liderada pela astrofísica Valentina Crespi, também do Instituto de Astrofísica de La Plata, uma equipa internacional quis levar essa ideia adiante: será que as órbitas estelares observadas ao redor de Sgr A* também poderiam ser explicadas por um núcleo de matéria escura?
Algumas hipóteses de matéria escura descrevem um componente rarefeito e difuso. Mas há um candidato que permite a formação de grumos densos: a matéria escura fermiônica, composta por partículas que obedecem a regras quânticas que impedem que sejam comprimidas indefinidamente - de modo análogo ao que acontece com eletrões e neutrões, que “resistem” a ser esmagados uns contra os outros abaixo de um certo limite de densidade.
O resultado teórico seria um aglomerado ultradenso e gravitacionalmente estável, semelhante em princípio a uma anã branca ou a uma estrela de neutrões, mas formado por férmions de matéria escura, e não por partículas de matéria comum.
A partir daí, surge uma pergunta direta: se um objeto assim estivesse no centro galáctico, haveria alguma diferença no comportamento das estrelas que orbitam esse centro?
Existe um conjunto de estrelas conhecidas como estrelas S, cuja dança complexa em torno do centro da Via Láctea desenha o potencial gravitacional da massa ali presente. O mais importante desses “traçadores” é a estrela S2, porque a sua órbita relativamente curta, de 16-year orbit, foi acompanhada e caracterizada em detalhes excecionais.
Os investigadores simularam o movimento de S2 em dois cenários: a interpretação tradicional de Sgr A* como um buraco negro e a hipótese alternativa do aglomerado de matéria escura fermiônica.
Os dois modelos reproduziram a dinâmica da estrela com níveis de precisão praticamente iguais. Assim, o resultado não afirma que Sgr A* seja matéria escura; o que ele mostra é que essa possibilidade não está descartada - e que, por enquanto, faltam dados para separar uma explicação da outra.
Rotações da Via Láctea, declínio kepleriano e o que pode decidir a disputa
Ainda assim, há um elemento que favorece a proposta fermiônica. O mapa da Via Láctea produzido pela sonda Gaia - o mais completo até hoje - indica que a rotação da galáxia diminui conforme aumentamos a distância em relação ao centro galáctico.
Segundo os autores, esse chamado declínio kepleriano é explicado com mais facilidade por um halo vasto e estendido de matéria escura fermiônica envolvendo a Via Láctea do que por outros modelos de matéria escura.
"Esta é a primeira vez que um modelo de matéria escura consegue ligar com sucesso escalas tão diferentes e várias órbitas de objetos, incluindo dados modernos da curva de rotação e das estrelas centrais", afirma Argüelles.
Observações futuras podem ajudar a esclarecer a natureza real de Sgr A. Monitoramentos de longo prazo podem revelar pequenas particularidades nas órbitas estelares que inclinem a interpretação para um lado ou para o outro. Além disso, estrelas que orbitam ainda mais perto de Sgr A do que S2 também podem trazer pistas decisivas.
Outra frente é a melhoria das imagens do EHT, que poderá mostrar detalhes mais finos da região em que a luz se curva ao redor de Sgr A*. Certas assinaturas associadas à gravidade extrema de um buraco negro - como um anel de fótons bem definido - podem não existir, ou aparecer modificadas, caso o objeto central seja, na verdade, um núcleo de matéria escura sem horizonte.
A pesquisa foi publicada na revista Notícias Mensais da Sociedade Astronómica Real.
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