Não há como negar que algo gigantesco se esconde no coração da Via Láctea - mas um novo estudo levanta a questão de 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. Ainda assim, segundo o novo artigo, se olharmos com um pouco mais de flexibilidade, o mesmo conjunto de evidências também pode encaixar-se num enorme e compacto aglomerado de matéria escura fermiônica, sem horizonte de eventos.
No momento, não dispomos da precisão observacional necessária para distinguir claramente entre estes dois cenários. Contudo, se o núcleo galáctico for composto por matéria escura, os astrónomos ganham uma nova ferramenta para interpretar a estrutura de matéria escura em 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 de La Plata, na Argentina.
Sagitário A* e a massa no centro da Via Láctea
A matéria escura é um dos maiores enigmas do Universo. Os cientistas conseguem calcular com grande precisão quanta matéria “normal” existe no cosmos. Porém, quando se somam essas contas, percebe-se que há muito mais gravidade do que essa matéria consegue justificar.
O que quer que provoque essa gravidade adicional não absorve nem emite luz; a sua existência só é inferida pelos efeitos gravitacionais. É isso que chamamos de matéria escura. E a sua contribuição é tão grande que ela representa aproximadamente 84% do “orçamento” de matéria do Universo.
Curiosamente, a forma como se confirmou a presença - e se estimou a massa - de um objeto enorme no centro da Via Láctea também passa pela gravidade: acompanha-se as trajetórias longas, em laços, e as variações de velocidade de estrelas rápidas que orbitam a região central.
A interpretação mais direta, que exige menos suposições, é a de um buraco negro supermassivo, batizado de Sagitário 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 hipótese possível. Por exemplo, trabalhos anteriores indicaram que um disco de acreção incandescente a girar em torno de um aglomerado concentrado de matéria escura poderia, em princípio, gerar uma sombra notavelmente parecida com a captada pelo EHT.
Matéria escura fermiônica como alternativa sem horizonte de eventos
Liderada pela astrofísica Valentina Crespi, também do Instituto de Astrofísica de La Plata, uma equipa internacional quis levar essa ideia mais longe: 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 algo muito ténue e difuso, mas há um candidato que permite a formação de aglomerados densos: a matéria escura fermiônica, composta por partículas que obedecem a regras quânticas que impedem uma compressão ilimitada - de forma semelhante ao modo como eletrões e neutrões resistem a ser “espremidos” para além de um certo limite de densidade.
O resultado teórico é um objeto ultradenso e gravitacionalmente estável, em princípio análogo a uma anã branca ou a uma estrela de nêutrons, mas formado por férmions de matéria escura, e não por partículas de matéria comum.
A pergunta, então, torna-se inevitável: se um objeto desses ocupasse o centro galáctico, o comportamento das estrelas em órbita seria diferente?
Testes com a estrela S2, o Gaia e o Telescópio do Horizonte de Eventos
Há várias estrelas conhecidas como estrelas S, cuja dança complexa em torno do centro galáctico delineia o potencial gravitacional da massa ali presente. O marcador mais valioso desse conjunto é a estrela S2, porque ela completa uma órbita relativamente curta, de 16 anos, observada e caracterizada com um nível de detalhe extraordinário.
Os investigadores simularam o movimento da S2 em dois cenários: um modelo convencional em que Sgr A* é interpretado como um buraco negro e outro em que o objeto central é o seu aglomerado de matéria escura fermiônica.
Os dois modelos reproduziram o movimento da estrela com níveis de precisão quase idênticos. Ou seja, isto não prova que Sgr A* seja matéria escura; apenas mostra que poderia ser - e que, por enquanto, faltam dados para decidir.
Ainda assim, existe um ponto adicional a favor da matéria escura fermiônica. O mapa da Via Láctea produzido pela sonda Gaia - o mais abrangente até hoje - indica que a rotação da galáxia diminui a velocidades maiores em distâncias mais afastadas do centro.
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 conseguiu fazer a ponte entre escalas tão diferentes e várias órbitas de objetos, incluindo dados modernos de curva de rotação e de estrelas centrais", afirma Argüelles.
Observações futuras podem ajudar a esclarecer a natureza real de Sgr A. Por exemplo, campanhas de longa duração podem revelar pequenas particularidades nas órbitas estelares que façam a explicação 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 poderão expor detalhes mais finos da região em que 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 modificadas se, em vez disso, o objeto central for um núcleo de matéria escura sem horizonte.
A investigação foi publicada nos Boletins Mensais da Royal Astronomical Society.
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