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S301 orbita Sagitário A* com um período de 8,7 anos. No seu ponto de maior aproximação, quando se encontra a uma distância do buraco negro semelhante à distância entre o Sol e Saturno, esta estrela atinge uma velocidiade superior a 8% da velocidade da luz. Por baixo das imagens mostramos o tamanho da órbita de Neptuno para referência.
S301 passa tão perto de Sagitário A* que a sua órbita deverá estar a ser afetada pela rotação do buraco negro, que distorce o espaço-tempo à sua volta. O efeito é pequeno, mas poderá vir a ser medido nos próximos anos com o VLTI e o ELT (Extremely Large Telescope) do ESO, atualmente em construção.
A órbita de S301 encontra-se representada por uma curva elíptica. Em cada imagem, a curva contínua mostra o percurso que a estrela já completou até esse momento, enquanto a curva tracejada marca o percurso que seguirá posteriormente.
Crédito: ESO/colaboração GRAVITY
Os astrónomos descobriram a estrela mais rápida, conhecida até à data, da Via Láctea em órbita do buraco negro situado no Centro Galáctico. A estrela, denominada S301, foi detetada com o VLTI (Very Large Telescope Interferometer) do ESO e chega a atingir velocidades de 25.000 km/s em determinados pontos da sua órbita em torno do buraco negro, que tem cerca de quatro milhões de massas solares. Esta estrela aproxima-se mais deste objeto central do que qualquer outra estrela observada anteriormente, tanto que deverá estar a sentir os efeitos da rotação do buraco negro.
“Décadas de observação cuidadosa das estrelas que orbitam Sagitário A*, o buraco negro central da nossa Galáxia, levaram à descoberta revolucionária duma estrela muito promissora. Por estar a orbitar tão próximo de Sagitário A*, S301 abre uma nova janela para as propriedades fundamentais do espaço-tempo no meio extremo de um buraco negro”, afirma Reinhard Genzel, vencedor de um Prémio Nobel, diretor do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre em Garching, na Alemanha, e membro fundador da colaboração GRAVITY+, responsável pelas novas observações.
A órbita de S301 encontra-se representada por uma curva elíptica. Em cada imagem, a curva contínua mostra o percurso que a estrela já completou até esse momento, enquanto a curva tracejada marca o percurso que seguirá posteriormente.
Crédito: ESO/colaboração GRAVITY
“O que torna esta estrela especial é o facto da sua órbita em torno de Sagitário A* ser muito íntima. A órbita tem um período de apenas 8,7 anos, o que faz a estrela aproximar-se do buraco negro a uma distância de apenas 12 vezes a distância da Terra ao Sol, algo sem precedentes”, explica Felix Mang, doutorando no Instituto Max Planck de Física Extraterrestre e autor do estudo publicado na revista Nature.
Ao passar no ponto da sua órbita mais próximo do buraco negro, a estrela atinge uma velocidade de cerca de 25.000 km/s, o que corresponde a 100 mil vezes mais do que um avião comercial, ou mais de 8% da velocidade da luz, sendo, por isso, a detentora do recorde da estrela mais rápida da Via Láctea conhecida até à data. S301 é também a estrela que se aproxima mais de Sagitário A*, chegando a uma distância (1,78 mil milhões de quilómetros) do buraco negro pouco maior do que separa Saturno do Sol. Pelo facto de se aproximar tanto de Sagitário A*, S301 é a primeira estrela conhecida que poderá ser utilizada para medir diretamente a rotação de um buraco negro.
Crédito: ESO/M. Kornmesser
Tal como a maioria dos objetos do nosso Universo, os astrónomos preveem que Sagitário A* tenha um movimento de rotação. De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, um buraco negro em rotação arrasta o espaço-tempo consigo, distorcendo-o, o que afeta as órbitas das estrelas circundantes. Este efeito é sentido mais intensamente em objetos que orbitam perto de buracos negros que giram rapidamente.
“Com o auxílio desta estrela, esperamos conseguir medir, nos próximos 10 anos, a rotação do nosso buraco negro central”, afirma Mang. Stefan Gillessen, investigador no Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, que também participou no novo estudo, diz: “Seríamos efetivamente capazes de medir, pela primeira vez e de forma muito direta, a rotação de um buraco negro supermassivo, o que constituiria um teste fundamental à teoria de Einstein.” Juan Osorno, astrónomo do LIRA Observatoire de Paris–PSL, França, que participou igualmente neste estudo, acrescenta: “Sem a descoberta desta estrela, iríamos ter de medir o movimento de outras estrelas durante várias décadas para conseguirmos determinar minimamente a rotação do buraco negro.”
Encontrar S301, que se mostra no céu 2 mil milhões de vezes mais ténue do que Betelgeuse (a famosa estrela laranja da constelação de Oríon), não foi tarefa fácil. A equipa utilizou o VLTI, instalado no Observatório do Paranal do ESO, no Chile, e o seu instrumento GRAVITY, agora atualizado para GRAVITY+ na sequência de um melhoramento realizado na infraestrutura. O VLTI é capaz de combinar a luz recolhida pelos quatro grandes telescópios de 8 metros do VLT, criando assim um telescópio “virtual” com uma resolução espacial 15 vezes superior à de um único telescópio de 8 metros individual.
A estrela S301 orbita Sagitário A* a cada 8 anos. Ao fazê-lo, a sua órbita desenha uma roseta. Este efeito, conhecido como precessão de Schwarzschild, já tinha sido medido em torno de Sagitário A* e ocorre independentemente do buraco negro girar ou não.
No entanto, se o buraco negro girar, há um efeito diferente em ação. À medida que o buraco negro gira, arrasta e distorce o espaço-tempo à sua volta, um fenómeno conhecido como efeito Lense-Thirring.
A estrela S301 aproxima-se tanto do buraco negro que deverá estar a ser afetada por este fenómeno. Se assim for, o espaço-tempo distorcido em torno do buraco negro alteraria ligeiramente a órbita de S301 em cada passagem próxima. Após vários anos, a diferença entre as órbitas previstas para um buraco negro não giratório e um giratório seria pequena, aproximadamente do tamanho da órbita da Terra em torno do Sol, mas suficientemente grande para poder ser medida com o VLTI e o ELT (Extremely Large Telescope) do ESO, atualmente em construção.
Crédito: ESO/colaboração GRAVITY/L. Calçada
“A nível mundial, o Paranal é o único local onde é possível realizar este tipo de observações, uma vez que nenhum outro observatório do mundo dispõe de quatro telescópios de 8 metros capazes de funcionar em uníssono como um interferómetro”, afirma o coautor Frank Eisenhauer, investigador principal do GRAVITY+ e diretor do MPE.
Com o GRAVITY e, posteriormente, o GRAVITY+, a equipa conseguiu observar esta estrela pela primeira vez na primavera de 2023, tendo seguidamente vindo a acompanhá-la para determinar a sua órbita. Os investigadores foram ainda capazes de recuar até 2017 na história orbital de S301, descobrindo que a sua última aproximação máxima ao buraco negro central se deu no início de 2023. As propriedades orbitais de S301 e o facto das estrelas não se conseguirem formar tão perto dum buraco negro supermassivo, indicam que esta estrela fazia provavelmente parte dum sistema binário que foi destruído pelas forças de maré de Sagitário A*. No processo, S301 terá ficado presa na gravidade do buraco negro, enquanto a sua estrela companheira foi provavelmente ejetada a alta velocidade, certamente com velocidade suficiente para deixar completamente a Galáxia.
Observações de seguimento levadas a cabo com o GRAVITY+, e com o instrumento MICADO que será instalado no futuro ELT (Extremely Large Telescope) do ESO, serão cruciais para traçar a trajetória de S301 ao longo da próxima década, que incluirá a sua próxima aproximação máxima ao buraco negro em 2031. A observação de, pelo menos, duas órbitas completas de S301 permitirá aos astrónomos restringir a sua trajetória com precisão suficiente para que se possa determinar diretamente a rotação de Sagitário A* pela primeira vez, “o que seria um sonho tornado realidade”, conclui Mang.
// ESO (comunicado de imprensa)
// Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (PDF)
Saiba mais:
Enxame de Sagitário A*:
Wikipedia
Sagitário A*:
Wikipedia
Buraco negro supermassivo:
Wikipedia
Efeito de Lense-Thirring:
Wikipedia
Precessão de Schwarzschild:
Wikipedia
VLT (Very Large Telescope):
ESO
Wikipedia
VLTI (ESO)
GRAVITY+ (ESO)
