Há muito tempo se sabe que existe algo imenso no coração da galáxia Via Láctea - mas um estudo recente levanta a hipótese de que um buraco negro supermassivo talvez não seja a única explicação possível.
Até hoje, todas as medições do centro galáctico são compatíveis com um objeto extremamente denso, com cerca de 4 milhões de vezes a massa do Sol. No entanto, segundo o novo artigo, ao reinterpretar ligeiramente os dados, o mesmo conjunto de evidências também pode se encaixar num enorme e compacto aglomerado de matéria escura fermiónica, sem horizonte de eventos.
No momento, ainda não dispomos de precisão observacional suficiente para distinguir com segurança entre os dois cenários. Mesmo assim, se o núcleo galáctico for composto por matéria escura, os astrónomos ganhariam uma ferramenta adicional para ler e compreender a estrutura de matéria escura de toda a galáxia.
"Não estamos apenas a substituir o buraco negro por um objeto escuro; estamos a propor 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 La Plata, na Argentina.
O enigma da matéria escura e a gravidade em excesso
A matéria escura continua a ser um dos maiores mistérios do Universo. Os cientistas conseguem calcular com elevada precisão quanta matéria normal existe no cosmos. O problema é que, depois de somar tudo, ainda sobra muito mais gravidade do que essa matéria consegue justificar.
A fonte dessa gravidade adicional não absorve nem emite luz; só sabemos que está lá por causa do seu efeito gravitacional. É isso a que chamamos matéria escura. A sua contribuição é tão grande que ela representa cerca de 84 por cento do orçamento de matéria do Universo.
O que o centro da Via Láctea indica sobre Sagittarius A*
O método que permitiu confirmar a presença e estimar a massa de um objeto enorme no centro da Via Láctea também se baseia na gravidade: acompanhar as trajetórias longas e curvadas, bem como as variações de velocidade, de estrelas rápidas que orbitam o centro galáctico.
A interpretação mais direta - e a que exige menos suposições - é a de que essa massa corresponde a um buraco negro supermassivo chamado Sagittarius A* (Sgr A*). Em 2022, uma imagem obtida pela colaboração do Telescópio do Horizonte de Eventos (EHT) chegou inclusive a aparentar mostrar a "sombra" do buraco negro.
Ainda assim, essa não é a única leitura possível. Por exemplo, trabalhos anteriores indicaram que um disco de acreção brilhante em torno de um aglomerado concentrado de matéria escura poderia, potencialmente, gerar uma sombra muito semelhante à registada pelo EHT.
Matéria escura fermiónica: um núcleo compacto sem horizonte de eventos
Num estudo liderado pela astrofísica Valentina Crespi, também do Instituto de Astrofísica La Plata, uma equipa internacional decidiu ir além: será que as órbitas observadas das estrelas em torno de Sgr A* também poderiam ser explicadas por um núcleo de matéria escura?
Alguns modelos de matéria escura descrevem um componente ténue e difuso, mas há um candidato que permite a formação de aglomerados densos: a matéria escura fermiónica. Nesse quadro, as partículas obedecem a regras quânticas que impedem que sejam comprimidas indefinidamente - de forma semelhante ao que acontece quando eletrões e neutrões resistem a ser "espremidos" abaixo de um certo limite de densidade.
O resultado teórico é um aglomerado ultradenso e gravitacionalmente estável, em princípio análogo a uma anã branca ou a uma estrela de neutrões, mas constituído por férmions de matéria escura, em vez de partículas de matéria comum.
A pergunta que surge, então, é simples: se um objeto assim ocupasse o centro galáctico, isso mudaria a forma como as estrelas ao redor se movem?
As estrelas S e a órbita de S2 como teste para Sagittarius A*
Há várias estrelas conhecidas como estrelas S, cuja dança complexa em torno do centro galáctico revela o potencial gravitacional da massa ali concentrada. A mais importante entre esses marcadores é a estrela S2, porque tem uma órbita relativamente curta de 16 anos, acompanhada e descrita com um nível de detalhe excecional.
Os investigadores modelaram o comportamento da S2 em dois cenários: o convencional, em que Sgr A* é um buraco negro, e o alternativo, em que a massa central é um aglomerado de matéria escura fermiónica.
Os dois modelos reproduziram o movimento da estrela com níveis de precisão quase indistinguíveis. Assim, o resultado não afirma que Sgr A* seja matéria escura; apenas mostra que poderia ser - e que, neste ponto, faltam dados para separar uma hipótese da outra.
Rotação da Via Láctea, declínio kepleriano e um halo fermiónico
Há, contudo, um aspeto que favorece a matéria escura fermiónica. O mapa da Via Láctea produzido pela nave espacial Gaia - o mais completo até agora - indica que a rotação da galáxia diminui em regiões cada vez mais distantes do centro.
Segundo os autores, esse chamado declínio kepleriano é explicado com mais facilidade por um halo vasto e estendido de matéria escura fermiónica 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 estas escalas tão diferentes e várias órbitas de objetos, incluindo a curva de rotação moderna e os dados das estrelas centrais", diz Argüelles.
Observações futuras: como distinguir buraco negro de núcleo de matéria escura
Observações futuras podem ajudar a resolver a questão fascinante sobre a natureza real de Sgr A. Por exemplo, medições de longo prazo podem revelar pequenas particularidades nas órbitas estelares que façam a interpretação pender para um lado ou para o outro. Estrelas que orbitam ainda mais perto de Sgr A do que a S2 também podem trazer pistas.
Além disso, novas observações com o Telescópio do Horizonte de Eventos podem revelar detalhes mais finos da região onde a luz é fortemente desviada em torno de Sgr A*. Certas características associadas à gravidade extrema de um buraco negro - como um anel de fótons bem definido - podem estar ausentes ou apresentar alterações se, em vez disso, o objeto central for um núcleo de matéria escura sem horizonte.
A pesquisa foi publicada na revista Notícias Mensais da Sociedade Astronómica Real.
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