Novo estudo questiona se Sagittarius A* é mesmo um buraco negro supermassivo

Não há como negar que existe algo gigantesco no coração da galáxia Via Láctea - mas um novo estudo questiona se um buraco negro supermassivo é, de facto, 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. No entanto, segundo o novo artigo, se aceitarmos uma leitura alternativa, o mesmo conjunto de evidências também pode encaixar numa hipótese diferente: um enorme e compacto aglomerado de matéria escura fermiônica, sem horizonte de eventos.

No momento, a precisão das observações ainda não é suficiente para distinguir de forma conclusiva entre esses dois cenários. Mesmo assim, se o núcleo galáctico for composto por matéria escura, os astrónomos ganham uma nova forma de 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 Instituto de Astrofísica La Plata, na Argentina.

O mistério da matéria escura e o excesso de gravidade

A matéria escura é um dos maiores enigmas do Universo. Os cientistas conseguem estimar com grande precisão quanta matéria “normal” existe no cosmos. Contudo, quando fazem essa conta, sobra um problema: há muito mais gravidade do que essa matéria consegue justificar.

A fonte dessa gravidade adicional não absorve nem emite luz; a sua existência só é inferida pelos efeitos gravitacionais. A isso dá-se o nome de matéria escura. E a influência é tão grande que ela representa cerca de 84 percent do “orçamento” de matéria do Universo.

Sagittarius A* no centro da Via Láctea: por que o buraco negro supermassivo é o candidato favorito

A própria forma como se confirmou a presença e se estimou a massa de um objeto enorme no centro da Via Láctea também passa pela gravidade: ao acompanhar as trajetórias longas e curvas e as variações de velocidade de estrelas muito rápidas que orbitam o centro galáctico.

A explicação mais direta - a que exige menos suposições - é que ali exista um buraco negro supermassivo, conhecido como Sagittarius A* (Sgr A*). Em 2022, uma imagem obtida pela colaboração do Telescópio do Horizonte de Eventos (EHT) chegou inclusive a parecer mostrar a “sombra” do buraco negro.

Ainda assim, essa não é a única possibilidade. Trabalhos anteriores, por exemplo, indicaram que um disco de acreção brilhante a girar em torno de um aglomerado concentrado de matéria escura poderia, em princípio, gerar uma sombra muito semelhante à registada pelo EHT.

Matéria escura fermiônica como alternativa sem horizonte de eventos

Sob a liderança da astrofísica Valentina Crespi, também do Instituto de Astrofísica La Plata, uma equipa internacional quis levar a ideia mais longe: 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 meio raro e difuso. Mas existe uma classe de candidatos que permite a formação de aglomerados densos: a matéria escura fermiônica - partículas que obedecem a regras quânticas que impedem que sejam comprimidas indefinidamente, de forma semelhante ao modo como eletrões e neutrões resistem a ser “espremidos” abaixo de um certo limite de densidade.

O resultado teórico é um objeto ultradenso e gravitacionalmente estável, em termos de princípio parecido com uma anã branca ou uma estrela de neutrões, mas composto por férmions de matéria escura, e não por partículas de matéria comum.

Daí surge a pergunta-chave: se um objeto assim estivesse no centro galáctico, haveria alguma diferença no comportamento das estrelas que o orbitam?

Estrelas S, a órbita de S2 e o que ainda falta medir

Existe um conjunto de astros conhecido como estrelas S, cujo movimento complexo em torno do centro galáctico delineia o potencial gravitacional da massa ali concentrada. O traçador mais importante é a estrela chamada S2, porque tem uma órbita relativamente curta, de 16 anos, acompanhada e caracterizada em detalhe extraordinário.

Os investigadores simularam o comportamento de S2 em dois enquadramentos: a interpretação convencional de Sgr A* como buraco negro e a hipótese do aglomerado de matéria escura fermiônica.

Nos dois casos, os modelos reproduziram o movimento da estrela com níveis de precisão praticamente indistinguíveis. Isto não significa que Sgr A* seja matéria escura; significa, sim, que poderia ser - e que, por enquanto, não há dados suficientes para decidir.

Há, porém, mais um aspeto que favorece a matéria escura fermiônica. O mapa da Via Láctea feito pela sonda Gaia - o mais completo até hoje - indica que a rotação da galáxia abranda a distâncias maiores do centro galáctico.

Segundo os autores, esse chamado declínio kepleriano é explicado com mais facilidade por um halo vasto e estendido de matéria escura fermiônica 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 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 podem ajudar a resolver a questão, que é tão intrigante quanto fundamental, sobre a verdadeira natureza de Sgr A. Por exemplo, monitorizações 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 guardar pistas.

Além disso, próximas campanhas com o Telescópio do Horizonte de Eventos podem expor detalhes mais finos da região onde a luz é desviada em torno de Sgr A*. Certas assinaturas associadas à gravidade extrema de um buraco negro - como um anel de fótons bem definido - podem estar ausentes ou aparecer alteradas se, em vez disso, o objeto central for um núcleo de matéria escura sem horizonte.

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