É inegável que algo de enorme massa se encontra no coração da Via Láctea. Um novo estudo questiona, porém, se um buraco negro supermassivo é a única explicação possível.
Todas as medições efetuadas até agora no centro galáctico são compatíveis com um objeto extremamente denso, com cerca de 4 milhões de vezes a massa do Sol. Segundo o novo artigo, contudo, com uma interpretação ligeiramente diferente, as mesmas provas também podem apontar para uma gigantesca concentração compacta de matéria escura fermiónica, sem horizonte de acontecimentos.
A precisão das observações disponíveis ainda não permite distinguir os dois modelos. Se o núcleo galáctico fosse composto por matéria escura, os astrónomos teriam, no entanto, uma nova ferramenta para interpretar a estrutura dessa matéria em toda a galáxia.
«Não estamos apenas a substituir o buraco negro por um objeto escuro; propomos 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.
A matéria escura e o centro da Via Láctea
A matéria escura continua a ser um dos maiores enigmas do Universo. Os cientistas conseguem calcular com grande precisão a quantidade de matéria normal que existe, mas, mesmo depois de a contabilizarem toda, verifica-se que há muito mais gravidade do que essa matéria consegue explicar.
Aquilo que produz toda essa gravidade adicional não absorve nem emite luz; a sua existência só é conhecida através da influência gravitacional que exerce. É a isso que se chama matéria escura. A gravidade que lhe é atribuída é de tal ordem que representa aproximadamente 84% da matéria do Universo.
A confirmação da presença de um objeto de grande massa no coração da Via Láctea e a medição da sua massa também dependeram da gravidade: os cientistas acompanharam as longas trajetórias curvas e as variações de velocidade de estrelas rápidas que orbitam o centro galáctico.
A explicação mais simples para essa massa, e a que exige menos pressupostos, é a existência de um buraco negro supermassivo chamado Sagitário A* (Sgr A*). Em 2022, uma imagem obtida pela colaboração do Telescópio do Horizonte de Acontecimentos (EHT) pareceu até mostrar a «sombra» do buraco negro.
Essa não é, contudo, a única possibilidade. Estudos anteriores mostraram, por exemplo, que um disco de acreção brilhante em torno de uma concentração de matéria escura poderia produzir uma sombra notavelmente semelhante à registada pelo EHT.
A matéria escura fermiónica e as órbitas estelares
Uma equipa internacional, liderada pela astrofísica Valentina Crespi, do Instituto de Astrofísica de La Plata, procurou levar a hipótese mais longe: será que um núcleo de matéria escura também poderia explicar as órbitas observadas das estrelas em redor de Sgr A*?
Alguns modelos descrevem a matéria escura como ténue e difusa, mas há uma candidata que permite a formação de concentrações densas: a matéria escura fermiónica. As suas partículas obedecem a regras quânticas que impedem a sua compressão ilimitada, tal como os eletrões e os neutrões não podem ser comprimidos para além de um determinado limite de densidade.
O resultado teórico é uma concentração ultradensa e gravitacionalmente estável, semelhante, em princípio, a uma anã branca ou a uma estrela de neutrões, mas constituída por fermiões de matéria escura em vez de partículas de matéria normal.
Coloca-se então uma questão: se um objeto deste tipo estivesse no centro galáctico, o comportamento das estrelas em órbita seria diferente?
Um conjunto de astros conhecidos como estrelas S descreve uma dança complexa em torno do centro da galáxia, revelando o potencial gravitacional da massa ali presente. A mais importante para este estudo é a estrela S2, cuja órbita relativamente curta, de 16 anos, foi observada e caracterizada com um grau de detalhe excecional.
Os investigadores modelaram o comportamento de S2 tanto para a interpretação convencional de Sgr A* como buraco negro como para a hipótese da concentração de matéria escura fermiónica.
Os dois modelos reproduziram o movimento da estrela com níveis de precisão praticamente idênticos. Isto não demonstra que Sgr A* seja matéria escura: indica apenas que essa hipótese é possível e que, por enquanto, não existem dados suficientes para distinguir as duas explicações.
Há, ainda assim, outro argumento a favor da matéria escura fermiónica. O mapa da Via Láctea elaborado pela sonda Gaia, o mais completo até à data, mostra que a rotação da galáxia abranda a distâncias maiores do centro galáctico.
Segundo os investigadores, esse chamado declínio kepleriano é mais facilmente explicado por um vasto halo de matéria escura fermiónica que envolve a Via Láctea do que por outros modelos de matéria escura.
«É a primeira vez que um modelo de matéria escura consegue ligar estas escalas tão diferentes e as órbitas de vários objetos, incluindo dados recentes sobre a curva de rotação e as estrelas centrais», afirma Argüelles.
Como distinguir o buraco negro da matéria escura
Observações futuras poderão ajudar a esclarecer a fascinante questão da verdadeira natureza de Sgr A. Acompanhamentos de longa duração, por exemplo, podem revelar pequenas características das órbitas estelares que favoreçam uma das explicações. As estrelas que orbitam mais perto de Sgr A do que S2 também poderão fornecer pistas.
Além disso, futuras observações com o Telescópio do Horizonte de Acontecimentos poderão mostrar detalhes mais finos da região em redor de Sgr A* onde a luz é desviada. Certas características associadas à gravidade extrema de um buraco negro, como um anel de fotões bem definido, poderiam estar ausentes ou apresentar alterações caso o objeto central fosse antes um núcleo de matéria escura sem horizonte de acontecimentos.
O estudo foi publicado na revista «Boletins Mensais da Sociedade Astronómica Real».
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