Não há como negar que existe algo enorme no coração da galáxia Via Láctea - mas um novo estudo pergunta se um buraco negro supermassivo é mesmo a única explicação possível.
Até hoje, todas as medições do centro galáctico são compatíveis com um objecto extremamente denso, com uma massa de cerca de 4 milhões de vezes a massa do Sol. Ainda assim, segundo o novo artigo, se olharmos para estes dados com alguma margem, as mesmas evidências também podem ajustar-se a um grande e compacto aglomerado de matéria escura fermiónica, sem horizonte de eventos.
Neste momento, a nossa precisão observacional não é suficiente para distinguir de forma inequívoca entre estes dois modelos. Contudo, se o núcleo galáctico for composto por matéria escura, os astrónomos ganham uma ferramenta adicional para interpretar a estrutura de matéria escura de toda a galáxia.
“Não estamos apenas a substituir o buraco negro por um objecto escuro; estamos a propor que o objecto 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.
O que sabemos sobre o centro da Via Láctea
A matéria escura é um dos maiores mistérios do Universo. Os cientistas conseguem calcular com grande rigor a quantidade de matéria normal existente no Universo. No entanto, quando se somam todas essas contas, a gravidade observada é muito superior àquela que essa matéria consegue justificar.
O que quer que seja responsável por essa gravidade extra não absorve nem emite luz; sabemos que existe apenas pelo efeito gravitacional que exerce. É isso a matéria escura. E a sua contribuição para a gravidade é tão dominante que representa aproximadamente 84 por cento do “orçamento” de matéria do Universo.
A confirmação da existência - e a estimativa da massa - de um objecto muito massivo no centro da Via Láctea também passou, precisamente, pela gravidade: seguindo as trajectórias longas e curvas e as alterações de velocidade de estrelas muito rápidas que orbitam o centro galáctico.
A explicação mais simples para esta massa, e a que exige menos suposições, é a de um buraco negro supermassivo chamado Sagitário A* (Sgr A*). Em 2022, uma imagem obtida pela colaboração do Telescópio do Horizonte de Eventos (EHT) chegou mesmo a aparentar mostrar a “sombra” do buraco negro.
Sagitário A* e a hipótese de matéria escura fermiónica
Ainda assim, essa não é a única hipótese possível. Por exemplo, trabalhos anteriores já sugeriam que um disco de acreção incandescente em torno de um aglomerado muito concentrado de matéria escura poderia, em teoria, produzir uma sombra surpreendentemente semelhante à registada pelo EHT.
Uma equipa internacional liderada pela astrofísica Valentina Crespi, também do Instituto de Astrofísica de La Plata, quis levar a ideia mais longe: será que as órbitas observadas das estrelas em torno de Sgr A* também podem ser explicadas por um núcleo de matéria escura?
Alguns modelos de matéria escura descrevem-na como algo muito ténue e difuso, mas existe um candidato que admite aglomerados densos: a matéria escura fermiónica, constituída por partículas que obedecem a regras quânticas que impedem que sejam comprimidas indefinidamente - de forma semelhante à maneira como electrões e neutrões “recusam” ser esmagados abaixo de um determinado limite de densidade.
Do ponto de vista teórico, o resultado é um aglomerado ultradenso e gravitacionalmente estável, semelhante em princípio a uma anã branca ou a uma estrela de neutrões, mas composto por fermións de matéria escura em vez de partículas de matéria normal.
A questão passa então a ser: se um objecto deste tipo estivesse no centro galáctico, haveria alguma diferença no comportamento das estrelas que o orbitam?
As estrelas S e a órbita de S2 como teste ao modelo
Há várias estrelas a que se dá o nome de estrelas S, cuja dança complexa em torno do centro galáctico desenha o potencial gravitacional da massa que ali se encontra. A mais importante destas “sondas” é a estrela S2, porque tem uma órbita relativamente curta, de 16 anos, que foi observada e caracterizada com um nível de detalhe extraordinário.
Os investigadores modelaram o movimento de S2 em dois cenários: um em que Sgr A* é interpretado como um buraco negro convencional e outro em que corresponde ao seu aglomerado de matéria escura fermiónica.
Os dois modelos reproduziram o movimento da estrela com níveis de precisão praticamente indistinguíveis. Ou seja, isto não prova que Sgr A* seja matéria escura; mostra, sim, que pode sê-lo - e que, por agora, não dispomos de dados suficientes para decidir.
O declínio kepleriano e o halo da Via Láctea
Há, contudo, mais um argumento que, segundo a equipa, favorece a matéria escura fermiónica. O mapa da Via Láctea obtido pela missão Gaia - o mais completo até ao momento - indica que a rotação da galáxia abranda a distâncias maiores do centro galáctico.
Este chamado declínio kepleriano, dizem os investigadores, é mais facilmente explicado por um halo vasto e muito estendido de matéria escura fermiónica a envolver a Via Láctea do que por outros modelos de matéria escura.
“Esta é a primeira vez que um modelo de matéria escura conseguiu ligar com sucesso estas escalas tão diferentes e várias órbitas de objectos, incluindo dados modernos da curva de rotação e das estrelas centrais”, afirma Argüelles.
Observações futuras e a região de curvatura da luz
Observações futuras poderão ajudar a esclarecer a natureza real de Sgr A. Por exemplo, campanhas de longo prazo podem revelar pequenas características nas órbitas estelares que inclinem a explicação para um lado ou para o outro. Além disso, estrelas que orbitam ainda mais perto de Sgr A do que S2 poderão também conter pistas decisivas.
Em paralelo, futuras observações com o Telescópio do Horizonte de Eventos podem mostrar detalhes mais finos da região onde a luz é fortemente desviada em torno de Sgr A*. Certos traços associados à gravidade extrema de um buraco negro - como um anel de fotões bem definido - podem estar ausentes ou surgir alterados se, em vez disso, o objecto central for um núcleo de matéria escura sem horizonte.
A investigação foi publicada nas Notícias Mensais da Real Sociedade Astronómica.
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