Nas condições extremas do coração da Via Láctea, coisas muito estranhas podem acontecer.
E por estranho queremos dizer algo quase inimaginavelmente louco.
Abriga um buraco negro supermassivo chamado Sagitário A*, que tem uma massa aproximadamente 4,3 milhões de vezes maior que a do Sol.
Embora esse seja um valor relativamente modesto para um buraco negro supermassivo, as forças gravitacionais em sua vizinhança imediata provocam um comportamento bastante imprevisível nas estrelas que o habitam.
E agora os astrônomos descobriram um objeto que ofusca todos os outros.
Conforme descrito em um novo artigo de periódico Natureza , O S301 está em uma órbita incrivelmente rápida de 8,7 anos ao redor de Sgr A*, atingindo uma velocidade máxima de mais de 25.000 quilômetros (15.534 milhas) por segundo durante sua maior aproximação ao buraco negro, a uma distância comparável à entre Saturno e o Sol.
Isso corresponde a 8,5% da velocidade da luz — e, finalmente, é perto o suficiente para fazer medições que podem revelar propriedades difíceis de determinar do próprio Sgr A*, primeiro sua rotação e depois se ele obedece à famosa teoria de que buracos negros não têm "cabelo".
«"O centro galáctico é como um laboratório remoto, e as estrelas são as sondas de medição", disse ao ScienceAlert o astrofísico Felix Mang, do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, na Alemanha, membro da colaboração GRAVITY+ que analisou a estrela.
«"Nossas medições (com uma determinada precisão) atingem o nível da estrela mais próxima de SgrA*. Agora que temos essencialmente uma sonda com a qual podemos medir a curvatura do espaço-tempo em rotação ao redor desse buraco negro massivo, é simplesmente incrível.".
O buraco negro no centro da Via Láctea é difícil de estudar. Como os buracos negros não emitem luz detectável, a melhor ferramenta para estudá-los é o comportamento dos objetos ao seu redor.
O objeto ao redor de Sgr A* é bastante interessante. Ele é cercado por um enxame de estrelas que se movem em órbitas elípticas, que os cientistas já usaram para medir as propriedades do buraco negro e testar a relatividade geral em um dos ambientes mais extremos que podemos observar.
Uma das estrelas, S2, provou ser particularmente útil.
Sua órbita de 16 anos, que em 2018 trouxe a estrela a 17 horas-luz do centro galáctico, permitiu aos astrônomos medir seu desvio para o vermelho gravitacional e a precessão de Schwarzschild — efeitos causados pela enorme massa de Sgr A*.
Mas o S301 leva a emoção de dirigir para dentro de um buraco negro a um nível totalmente novo.
Sua órbita incrivelmente excêntrica a aproxima de Sgr A* cerca de 10 vezes mais do que de S2, e ela mergulha rapidamente no poço gravitacional do buraco negro, onde – como uma montanha-russa despencando no abismo – acelera até atingir sua velocidade máxima vertiginosa antes de ser lançada novamente.
E, assim como numa montanha-russa, a emoção dessa jornada não está apenas na velocidade máxima. O que importa é o que acontece ao longo do caminho.
Em seu ponto de maior aproximação, ou periastro, S301 está tão perto de Sgr A* que atravessa o próprio tecido do espaço-tempo, arrastado pela rotação do buraco negro – como enfiar um garfo em uma tigela de espaguete e girá-lo.
Esse fenômeno é conhecido como efeito de "puxada de quadro" ou efeito Lenz-Thirring.
Esse movimento rotacional deve alterar a órbita de S301 muito ligeiramente. Os cientistas podem calcular com precisão como seria a órbita de S301 sem a influência de sua profunda imersão na região de Lense-Thirring; comparar essa previsão com a órbita real modificada fornece um ponto de partida para o cálculo reverso da rotação de Sgr A*.
Isso poderia nos aproximar da comprovação do teorema da ausência de cabelo, que afirma que, para um buraco negro efetivamente sem carga, conhecendo sua massa e rotação, todas as outras características de seu campo gravitacional deveriam ser previsíveis apenas a partir dessas propriedades.
«"Nosso grupo já mediu a massa de Sgr A* com uma precisão de uma fração de um por cento", disse Mang ao ScienceAlert.
«"Estudar a rotação seria o próximo passo para provar o teorema da ausência de cabelo e, em particular, a rotação de um buraco negro massivo é algo sem precedentes.".
As medições de rotação por si só são insuficientes para resolver essa questão. Mas, com observações suficientes, a órbita de S301 poderá eventualmente revelar outra característica do campo gravitacional de Sgr A*, chamada de momento quadrupolar.
A relatividade geral prevê com precisão qual deveria ser essa dimensão, com base na massa e no spin do buraco negro. Se as observações confirmarem essas previsões, Sgr A* passará em um importante teste do teorema da ausência de cabelo.
Talvez o S301 tenha outra história incrível que valha a pena contar.
A órbita extremamente excêntrica sugere que a estrela pode ter feito parte de um sistema binário que se aproximou demais de Sgr A*. Em um processo conhecido como mecanismo de Hills, um buraco negro pode desfazer esse par, capturando uma estrela em uma órbita próxima e ejetando a outra a uma velocidade tremenda.
Isso poderia explicar como o S301 acabou em sua trajetória extrema atual, embora sua órbita por si só não seja suficiente para confirmar esse cenário.
Encontrar sua antiga companheira, há muito perdida, se afastando do Centro Galáctico seria uma evidência muito mais convincente.
E como a órbita é tão curta, não teremos que esperar muito. O S301 atingirá o periastro novamente no final de 2031, quando a influência da rotação em sua órbita será mais forte.
A colaboração GRAVITY+ continuará observando S301, e o instrumento MICADO, que será instalado no Telescópio Extremamente Grande do Observatório Europeu do Sul, deverá ajudar os astrônomos a reconstruir seu movimento em três dimensões.
Sobre o assunto: Pode haver algo muito mais sombrio do que um buraco negro à espreita no coração da Via Láctea.
Em conjunto, essas observações permitirão à equipe determinar com precisão a rotação de Sgr A* na próxima década.
E nas profundezas da Via Láctea, outros tesouros podem estar escondidos.
«"Esperamos que existam mais estrelas como a S301 no centro galáctico e, se encontrarmos uma, isso tornará ainda mais fácil medir a rotação", disse Mang.
«"A intensidade do sinal deixará de depender exclusivamente da orientação relativa do eixo de rotação do buraco negro e da órbita de S301.".
Os resultados da descoberta foram publicados em Revista Nature .
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