Em pleno centro da Via Láctea, há décadas que os astrónomos seguem as pistas deixadas pela gravidade e chegam sempre ao mesmo suspeito: um objeto extremamente massivo. Ainda assim, um novo estudo pergunta se a explicação “buraco negro supermassivo” é mesmo a única que encaixa nos dados.
Até agora, todas as medições do centro galáctico apontam para algo muito compacto, com cerca de 4 milhões de vezes a massa do Sol. Mas, segundo o novo artigo, se olharmos com um pouco mais de abertura, esse mesmo conjunto de evidências também pode ser compatível com um grande “núcleo” de matéria escura fermiónica - denso, compacto e sem horizonte de eventos.
Neste momento, não temos precisão observacional suficiente para distinguir claramente entre estes dois cenários. No entanto, se o núcleo da galáxia fosse composto por matéria escura, isso daria aos astrónomos uma nova forma de interpretar a estrutura de matéria escura em toda a Via Láctea.
“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 continua a ser um dos maiores enigmas do Universo. Os cientistas conseguem calcular com grande precisão a quantidade de matéria “normal” existente. Só que, depois de somar tudo, sobra gravidade a mais - muito mais do que essa matéria consegue justificar.
O que quer que seja responsável por essa gravidade extra não absorve nem emite luz; só sabemos que existe pelos seus efeitos gravitacionais. É isso a matéria escura. E a sua contribuição é tão grande que corresponde a cerca de 84% do orçamento de matéria do Universo.
Curiosamente, foi também através da gravidade que se confirmou a presença (e se estimou a massa) de um objeto massivo no coração da Via Láctea: seguindo as trajetórias longas e curvas e as velocidades variáveis de estrelas muito rápidas que orbitam o centro galáctico.
A explicação mais “limpa”, com menos 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 revelar a “sombra” do buraco negro.
Mas não é a única possibilidade. Por exemplo, trabalhos anteriores mostraram que um disco de acreção brilhante em torno de um aglomerado concentrado de matéria escura poderia, em teoria, produzir uma sombra muito parecida com a captada pelo EHT.
Liderada pela astrofísica Valentina Crespi, também do Institute of Astrophysics La Plata, uma equipa internacional quis levar esta ideia mais longe: será que as órbitas observadas das estrelas à volta de Sgr A* também poderiam ser explicadas por um núcleo de matéria escura?
Alguns modelos de matéria escura são difusos e “nebulosos”, mas há um candidato que permite aglomerados densos: a matéria escura fermiónica, composta por partículas que obedecem a regras quânticas que impedem que sejam comprimidas indefinidamente - de forma semelhante a como eletrões e neutrões resistem a serem “espremidos” abaixo de um certo limite de densidade.
O resultado teórico é um “bolo” ultradenso e gravitacionalmente estável, parecido em princípio com uma anã branca ou uma estrela de neutrões, mas feito de férmions de matéria escura, e não de partículas de matéria normal.
A questão, então, é inevitável: se um objeto assim estivesse no centro galáctico, isso mudaria o comportamento das estrelas em órbita?
Existem várias das chamadas estrelas S, cuja dança complexa em torno do centro da galáxia traça o potencial gravitacional da massa ali concentrada. 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 detalhe impressionante.
Os investigadores modelaram o comportamento de S2 tanto para a interpretação convencional de Sgr A* como buraco negro, como para o seu cenário de “núcleo” de matéria escura fermiónica.
Ambos os modelos reproduziram o movimento da estrela com níveis de precisão quase idênticos. Portanto, isto não prova que Sgr A* seja matéria escura; apenas mostra que poderia ser - e que, por agora, os dados não permitem decidir.
Ainda assim, há mais um ponto a favor da matéria escura fermiónica. O mapa da Via Láctea feito pela sonda Gaia - o mais completo até hoje - indica que a rotação da galáxia desacelera a maiores distâncias do centro.
Este chamado declínio kepleriano, dizem os autores, é explicado mais facilmente 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 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 poderão ajudar a resolver a questão fascinante sobre a verdadeira natureza de Sgr A. Por exemplo, o acompanhamento a longo prazo pode revelar pequenas características nas órbitas estelares que inclinem a balança para um lado ou para o outro. Estrelas que orbitam ainda mais perto de Sgr A do que S2 também podem guardar pistas.
Além disso, futuras observações com o Event Horizon Telescope poderão mostrar detalhes mais finos da região onde a luz é fortemente desviada perto de Sgr A*. Certas características associadas à gravidade extrema de um buraco negro - como um anel de fótons bem definido - podem estar ausentes ou surgir 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.
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