Os astrónomos dizem que pode não existir um buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. Em vez disso, os núcleos das galáxias podem ser dominados por grandes quantidades de matéria escura que produzem efeitos gravitacionais igualmente poderosos.
Esta substância invisível, que constitui a maior parte da massa total do universo, pode explicar duas observações muito diferentes ao mesmo tempo. Perto do centro da Via Láctea, as estrelas movem-se em trajetórias rápidas e caóticas, a apenas algumas horas-luz do núcleo (frequentemente usado para medir distâncias dentro do nosso sistema solar). Mais adiante, as estrelas e o gás giram mais suavemente nas vastas regiões externas da Via Láctea.
Os resultados da pesquisa foram publicados em Avisos mensais da Royal Astronomical Society (MNRAS).
Desafiando a explicação dos buracos negros
Durante décadas, os cientistas acreditaram que Sagitário A* (Sgr A*) é um buraco negro supermassivo responsável pelas órbitas extremas de um grupo de estrelas conhecidas como estrelas S. Estas estrelas orbitam o centro da Via Láctea a milhares de quilómetros por segundo.
Novas pesquisas lançam dúvidas sobre esta explicação. A equipe propõe que uma forma específica de matéria escura composta por férmions, um tipo de partícula subatômica leve, pode formar uma estrutura cósmica incomum, consistente com o que os astrônomos observaram no núcleo da Via Láctea.
Núcleo e halo de matéria escura
De acordo com o modelo, esta matéria escura férmion formaria naturalmente um núcleo central muito denso e compacto rodeado por um halo maior e mais difuso. O núcleo e a aura juntos aparecerão como um sistema único e contínuo.
O núcleo é massivo e denso o suficiente para se aproximar da gravidade do buraco negro. Isto explicaria não apenas a trajetória da estrela S, mas também o movimento de objetos próximos cobertos de poeira, chamados fontes G, que orbitam perto do centro galáctico.
Evidências dos confins da Via Láctea
Uma evidência importante vem de novas observações da missão GAIA DR3 da Agência Espacial Europeia. A pesquisa mapeia com precisão como as estrelas e o gás se movem no halo exterior da Via Láctea, revelando a curva de rotação da galáxia com detalhes sem precedentes.
Os dados mostraram que a órbita desacelera mais longe do centro, um padrão conhecido como desvanecimento Kepler. Os investigadores dizem que quando combinado com as massas conhecidas do disco e do bojo central da Via Láctea, este comportamento é consistente com as previsões de um halo de matéria escura no seu modelo.
Eles acreditam que isso fortalece a interpretação da matéria escura do férmion. Os modelos padrão de matéria escura fria prevêem que o halo se estenderá para fora com uma longa cauda de lei de potência. Em contraste, o modelo férmion produz um halo mais compacto, com bordas externas mais estreitas.
cooperação internacional
A pesquisa foi conduzida por cientistas de diversas instituições nacionais, incluindo o Instituto de Astrofísica de La Plata, na Argentina, o Centro Internacional de Astrofísica Relativística e o Instituto Nacional de Astrofísica, na Itália, o Grupo de Pesquisa em Relatividade e Gravidade, na Colômbia, e o Instituto de Física da Universidade de Colônia, na Alemanha.
“Esta é a primeira vez que um modelo de matéria escura consegue unir com sucesso estas escalas e órbitas muito diferentes de vários objetos, incluindo curvas de rotação modernas e dados de estrelas centrais,” disse o co-autor do estudo, Dr. Carlos Arguelles, do Instituto de Astrofísica de La Plata.
“Não estamos apenas a substituir buracos negros por objetos escuros; propomos que o objeto central supermassivo e o halo de matéria escura da galáxia são duas manifestações do mesmo continuum de matéria.”
Sombras correspondentes de buraco negro
O modelo superou um obstáculo importante. Em um estudo anterior de Pelle et al. (2024), também publicado no MNRAS, os investigadores mostram que quando um disco de acreção ilumina estes densos núcleos de matéria escura, o resultado é uma assinatura semelhante a uma sombra. Notavelmente, esta sombra é muito semelhante às imagens capturadas pelo Event Horizon Telescope (EHT) para Sgr A*.
“Este é um ponto crítico”, disse a autora principal, Valentina Crespi, do Instituto de Astrofísica de La Plata.
“O nosso modelo não só explica as órbitas das estrelas e a rotação das galáxias, mas é consistente com a famosa imagem da ‘sombra do buraco negro’. Um núcleo de matéria escura densa pode imitar uma sombra porque desvia fortemente a luz, criando uma escuridão central rodeada por um anel brilhante.”
O que observações futuras podem revelar
A equipe usou métodos estatísticos para comparar diretamente seu modelo de matéria escura de férmions com as explicações tradicionais dos buracos negros. Embora os dados existentes sobre estrelas próximas do centro ainda não apoiem claramente um cenário em detrimento do outro, os modelos de matéria escura fornecem uma estrutura única que pode explicar tanto o centro galáctico (estrela central e sombra) como a estrutura galáctica mais ampla.
Observações futuras podem ajudar a resolver o debate. Medições mais precisas com ferramentas como o interferómetro gravitacional do Very Large Telescope no Chile, bem como pesquisas de anéis de fotões, poderão fornecer provas conclusivas. Espera-se que anéis de fótons rodeiem buracos negros reais, mas não apareceriam em modelos de núcleo de matéria escura.
Se confirmados, estes resultados poderão mudar significativamente a compreensão dos cientistas sobre o objeto massivo que forma o centro da Via Láctea.
