Uma nova estrela, batizada de S301, foi identificada em 19 de agosto, orbitando Sagitário A*, o buraco negro supermassivo no coração da Via Láctea, a uma velocidade impressionante. Este corpo celeste tênue, com 4,3 milhões de massas solares, completa uma volta em apenas 8,7 anos, aproximando-se do buraco negro a incríveis 90 milhões de quilômetros por hora – o equivalente a cerca de 8% da velocidade da luz. A proximidade de sua trajetória promete permitir que os cientistas meçam a rotação do buraco negro na próxima década.
Como estrelas revelam segredos em um espaço-tempo curvado
O centro da nossa galáxia, a Via Láctea, localizado a cerca de 27.000 anos-luz da Terra, representa um laboratório astrofísico único para pesquisadores. Dezenas de estrelas ali traçam órbitas apertadas ao redor do buraco negro central, e a intensa força gravitacional dessa região faz com que elas exibam comportamentos que superam as previsões da física clássica de Isaac Newton.
Felix Mang, coautor do estudo e doutorando no Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, na Alemanha, descreveu essas estrelas como “sondas luminosas do espaço-tempo curvo ao redor do buraco negro”, indicando seu valor como ferramentas para investigar as leis da física em condições extremas.
Anteriormente, a estrela S2 era o principal objeto de estudo, conhecida por sua órbita brilhante de 16 anos. Desde 1992, astrônomos monitoram a S2 por mais de duas revoluções completas, o que permitiu confirmar duas importantes previsões da teoria da relatividade geral de Albert Einstein: a perda de energia da luz da estrela ao deixar o campo gravitacional do buraco negro e a rotação gradual de sua órbita elíptica, fenômeno chamado precessão de Schwarzschild.
Enquanto esses fenômenos estão ligados exclusivamente à massa do buraco negro, há outra característica crucial: sua rotação. Um buraco negro giratório distorce o próprio tecido do espaço, de forma comparável ao movimento de uma colher em um líquido denso. Contudo, esse efeito diminui rapidamente com a distância, o que significa que para medir com precisão a rotação, é necessária uma estrela que passe significativamente mais perto do buraco negro do que a S2.
As observações sobre a rotação dos buracos negros possuem relevância que transcende a física desses objetos. Felix Mang explicou que uma das teorias alternativas à relatividade geral “postula a existência de uma quinta força fundamental que surge, por exemplo, da unificação da gravidade e da física quântica”, abrindo caminhos para novas descobertas.
Qualquer anomalia nas previsões de Einstein seria visível nas órbitas dessas estrelas. Até o momento, Mang afirmou que “apenas um limite superior pôde ser derivado, que se torna progressivamente menor”, ou seja, a teoria de Einstein ainda se sustenta, mas os experimentos para testá-la estão cada vez mais exigentes.
Trajetória estelar estabelece novos recordes de proximidade
Nesse cenário, a estrela S301 assume um papel central. Utilizando o instrumento GRAVITY do Very Large Telescope, localizado no Observatório Europeu do Sul, no Chile, os pesquisadores “descobriram uma nova estrela muito tênue no Centro Galáctico que orbita o buraco negro massivo central Sgr A* tão de perto que sua órbita é sensível à rotação do buraco negro”, conforme relatou Mang.
Uma série de registros visuais revela diversas estrelas em suas órbitas ao redor de Sagitário A*, o buraco negro supermassivo que domina o centro da Via Láctea.
A presença da S301 foi notada inicialmente na primavera de 2023, como um ponto fraco no quadrante noroeste do buraco negro. Após determinar uma órbita preliminar, a equipe analisou dados arquivados, localizando-a também em observações de 2021 e 2017. Assim, 19 medições de sua posição, coletadas em um período de oito anos, foram suficientes para traçar uma elipse orbital completa no espaço.
A órbita da S301 é notável por sua intensidade. Ela completa uma volta ao redor do buraco negro em 8,7 anos, um período menor que o recorde anterior de 12 anos, e descreve uma elipse extremamente alongada. Em seu ponto mais próximo, a estrela se aventura a aproximadamente 12 unidades astronômicas do buraco negro — uma distância equivalente a 12 vezes a distância entre a Terra e o Sol — o que a torna cerca de 10 vezes mais próxima do que a S2 já esteve.
Apesar da proximidade, a S301 permanece intacta. Trata-se, aparentemente, de uma estrela de sequência principal com cerca de 1,5 massas solares, cuja densidade a protege das forças de maré devastadoras do buraco negro. Sua trajetória excepcionalmente alongada aponta para uma origem turbulenta; a hipótese da equipe é que a S301 era parte de um sistema estelar binário compacto que se desintegrou ao se aproximar demais, ejetando sua estrela companheira como um objeto hiperveloz para fora da galáxia.
A precisão da órbita já fornece evidências da ação da relatividade. Felix Mang afirmou: “Descobrimos que a órbita de S301 está sujeita a fortes efeitos da relatividade geral, visto que a chamada precessão de Schwarzschild — a rotação da elipse orbital dentro do seu próprio plano — é muito evidente”. A elipse executa uma rotação de aproximadamente 2 graus a cada ciclo. Mang complementou que “dentro dos próximos dez anos, uma medição da rotação de Sgr A* com S301 estará ao nosso alcance.”
Desafios da descoberta e próximos passos na pesquisa
A detecção da S301 constituiu um feito por si só. Observada da Terra, a estrela é cerca de 2 bilhões de vezes menos luminosa que Betelgeuse, uma das mais brilhantes do nosso firmamento. Sua localização em um campo estelar denso, cercada por astros muito mais cintilantes, é comparável a tentar identificar uma única mosca em meio ao som de uma orquestra. A empreitada exigiu o desenvolvimento de um novo método de reconstrução de imagem e aprimoramentos no instrumento GRAVITY, que, com a versão GRAVITY+, teve sua sensibilidade ampliada de 10 a 100 vezes para conseguir captar o sinal da estrela.
Contudo, uma peça do quebra-cabeça ainda está ausente: embora a equipe consiga mapear o movimento da S301 através do céu, não é possível determinar se ela se aproxima ou se afasta da Terra. Essa limitação resulta em duas trajetórias orbitais espelhadas que são igualmente válidas com os dados coletados até o momento.
Para resolver essa questão, os cientistas planejam intensificar o monitoramento. Mang afirmou: “Continuaremos acompanhando de perto a S301 ao longo de sua órbita”, utilizando tanto o GRAVITY quanto um novo instrumento que será lançado em breve. Este aparelho permitirá medir o desvio da luz da estrela para o vermelho ou para o azul do espectro, indicando seu movimento de afastamento ou aproximação da Terra.
As simulações realizadas pela equipe indicam que uma década de observações conjuntas poderá determinar a rotação do buraco negro com exatidão, permitindo diferenciar com alta confiança um buraco negro de rotação rápida de um estático. Estatisticamente, a S301 não é um caso isolado; estima-se que existam cerca de 100 estrelas similares em órbitas comparáveis, mas a maioria delas é atualmente indetectável devido à sua pouca luminosidade.
