Novo estudo questiona se Sagitário A*, na Via Láctea, é um buraco negro supermassivo ou matéria escura fermiónica de 4 milhões de massas solares

Há algo enorme no centro da Via Láctea - mas tem de ser mesmo um buraco negro?

É difícil negar que existe algo extremamente massivo no coração da Via Láctea. A dúvida levantada por um novo estudo é mais específica: será que um buraco negro supermassivo é a única explicação plausível para o que observamos?

Até agora, todas as medições do centro galáctico são compatíveis com um objeto ultra-compacto, com cerca de 4 milhões de vezes a massa do Sol. O artigo recente sugere, no entanto, que a mesma evidência também pode encaixar - se olharmos com um pouco mais de atenção - num cenário diferente: um grande “aglomerado” compacto de matéria escura fermiónica, sem horizonte de eventos.

Neste momento, não temos precisão observacional suficiente para distinguir entre estes dois modelos. Ainda assim, se o núcleo galáctico fosse composto por matéria escura, os astrónomos ganhariam uma nova ferramenta para interpretar 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 Institute of Astrophysics La Plata, na Argentina.

A matéria escura é um dos maiores mistérios do Universo. Os cientistas conseguem calcular com grande precisão a quantidade de matéria normal no Universo. Porém, quando somam tudo, aparece muito mais gravidade do que essa matéria consegue justificar.

Seja o que for que cause essa gravidade extra, não absorve nem emite luz; só sabemos que existe pelos seus efeitos gravitacionais. É isso a matéria escura. E ela é responsável por tanta gravidade que representa cerca de 84% do orçamento de matéria do Universo.

A forma como os cientistas confirmaram a presença - e estimaram a massa - de um objeto massivo no centro da Via Láctea também passou pela gravidade: seguiram as trajetórias longas e curvilíneas e as variações de velocidade de estrelas muito rápidas em órbita do centro galáctico.

A explicação mais direta para essa massa, com o menor número de suposições, é a de um buraco negro supermassivo, chamado Sagitário A* (Sgr A*). Em 2022, uma imagem obtida pela colaboração do Event Horizon Telescope (EHT) pareceu até mostrar a “sombra” do buraco negro.

Mas não é a única hipótese. Por exemplo, trabalhos anteriores indicaram que um disco de acreção brilhante à volta de um aglomerado denso de matéria escura poderia, em princípio, produzir uma sombra surpreendentemente parecida com a captada pelo EHT.

Liderada pela astrofísica Valentina Crespi, do Institute of Astrophysics La Plata, uma equipa internacional quis ir 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 são “esfumados” e difusos, mas há um candidato que permite grumos densos: a matéria escura fermiónica, composta por partículas que obedecem a regras quânticas que impedem uma compressão infinita - de forma semelhante ao modo como eletrões e neutrões resistem a ser esmagados abaixo de um certo limite de densidade.

O resultado teórico é um “bolo” ultradenso e gravitacionalmente estável, semelhante em princípio a uma anã branca ou a uma estrela de neutrões, mas feito de férmions de matéria escura, em vez de partículas de matéria normal.

A questão, então, é a seguinte: se um objeto destes estivesse no centro galáctico, haveria diferença no comportamento das estrelas em órbita?

Há várias estrelas a que se chama estrelas S, cuja dança complexa em torno do centro galáctico desenha o potencial gravitacional da massa ali presente. A mais importante destas “sondas” é uma estrela chamada S2, porque tem uma órbita relativamente curta, de 16 anos, observada e caracterizada com um nível de detalhe extraordinário.

Os investigadores modelaram o comportamento de S2, tanto para a interpretação convencional de Sgr A* como buraco negro, como para o seu cenário de aglomerado de matéria escura fermiónica.

Ambos os modelos reproduziram o movimento da estrela com níveis de precisão quase idênticos. Ou seja, isto não nos diz que Sgr A* é matéria escura; diz-nos que pode sê-lo, mas que ainda não temos dados suficientes para distinguir.

Ainda assim, existe mais um ponto a favor da matéria escura fermiónica. O mapa da Via Láctea produzido pela sonda Gaia - o mais completo até hoje - mostra que a rotação da galáxia abranda a distâncias maiores do centro galáctico.

Esta chamada queda Kepleriana é mais facilmente explicada, segundo os investigadores, por um halo vasto e 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 fazer a ponte entre escalas tão diferentes e várias órbitas de objetos, incluindo dados modernos da curva de rotação e das estrelas centrais", afirma Argüelles.

Observações futuras poderão ajudar a resolver esta questão fascinante sobre a verdadeira natureza de Sgr A. Por exemplo, medições de longo prazo podem revelar pequenas características nas órbitas estelares que inclinem a explicação para um lado ou para o outro. Estrelas que orbitam ainda mais perto de Sgr A do que S2 também podem conter pistas.

Além disso, futuras observações com o Event Horizon Telescope podem revelar detalhes mais finos da região onde a luz é fortemente desviada à volta de Sgr A*. Certas características associadas à gravidade extrema de um buraco negro - como um anel de fotões bem definido - podem estar ausentes ou alteradas se o objeto central for, em vez disso, um núcleo de matéria escura sem horizonte.

A investigação foi publicada na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.