Imagem real de infravermelho do VLT mostrando as órbitas das estrelas S ao redor do buraco negro supermassivo Sagitário A*. (crédito: ESO/GRAVITY collaboration / Postimages)
A descoberta foi feita pela colaboração internacional GRAVITY+, usando o Interferômetro do Very Large Telescope (VLTI), do Observatório Europeu do Sul (ESO), no Chile, e publicada na renomada revista científica Nature.
O que torna a S301 especial não é apenas a velocidade recorde — mais de 8% da velocidade da luz em seu ponto de maior aproximação —, mas a proximidade extrema com que ela orbita o buraco negro: a apenas cerca de 12 vezes a distância entre a Terra e o Sol, ou aproximadamente a distância entre Saturno e o Sol. É a primeira vez que se observa uma estrela chegando tão perto de Sagitário A*, o que a torna, segundo a equipe responsável pela descoberta, a primeira candidata real para medir diretamente a rotação de um buraco negro.
Segundo Reinhard Genzel, diretor do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), na Alemanha, e vencedor do Prêmio Nobel, décadas de observação de estrelas que orbitam Sagitário A* culminaram nessa descoberta, que abre uma nova janela para entender as propriedades fundamentais do espaço-tempo nesse ambiente gravitacional extremo. Esse monitoramento preciso de órbitas de longo prazo assemelha-se às tecnologias que a agência de aviação usou no artigo sobre como a NASA estendeu a vida útil da Voyager 2 no espaço interestelar com uma manobra de energia.
Como os astrônomos encontraram uma estrela tão fraca e distante
O Observatório de Paranal, no deserto do Atacama no Chile, abriga as avançadas instalações do VLTI. (crédito: Unsplash / CC0)
Encontrar a S301 não foi tarefa simples: segundo o comunicado oficial do ESO, a estrela aparece cerca de 2 bilhões de vezes mais fraca no céu do que Betelgeuse, a conhecida estrela alaranjada da constelação de Órion. A equipe usou o VLTI e seu instrumento GRAVITY, hoje atualizado para GRAVITY+ após um processo de modernização, que combina a luz captada por quatro telescópios de 8 metros do Observatório de Paranal para funcionar como um único telescópio "virtual" com 15 vezes mais resolução espacial do que um telescópio individual de 8 metros.
Segundo Frank Eisenhauer, principal responsável pelo GRAVITY+ e diretor do MPE, o Observatório de Paranal é, atualmente, o único lugar no mundo capaz de realizar esse tipo específico de observação interferométrica. O monitoramento de frotas e instrumentos de altíssima precisão no espaço também faz parte das tecnologias que a agência espacial usou ao detalhar a matéria sobre como a sonda LRO fotografou a cratera do impacto do foguete Falcon 9 na superfície da Lua.
A equipe conseguiu um primeiro vislumbre da nova estrela na primavera de 2023 e passou a acompanhá-la desde então para determinar sua órbita, além de reconstruir seu histórico orbital retroativamente até 2017 — o que revelou que a última aproximação máxima da S301 ao buraco negro havia ocorrido no início de 2023.
Uma estrela que só existe por ter sobrevivido a uma separação violenta
Segundo o ESO, as propriedades orbitais da S301, somadas ao fato de que estrelas normalmente não conseguem se formar tão perto de um buraco negro supermassivo, sugerem que ela provavelmente fazia parte de um sistema binário — duas estrelas orbitando uma à outra — que foi despedaçado pelas forças de maré de Sagitário A*. Nesse processo, a S301 teria ficado presa pela gravidade do buraco negro, enquanto sua companheira original teria sido lançada para longe em alta velocidade, possivelmente o suficiente para deixar a galáxia por completo.
Felix Mang, doutorando do MPE e autor principal do estudo, destacou que o que torna a S301 especial é justamente sua órbita apertada: um período de apenas 8,7 anos, algo sem precedentes entre as estrelas já observadas ao redor de Sagitário A*. Esse tipo de dinâmica física extrema assemelha-se às mudanças de grande escala que analisamos em nossa matéria sobre como o gigantesco iceberg do tamanho de Manhattan se desprendeu de forma abrupta de uma geleira na Groenlândia.
Por que a rotação do buraco negro é tão difícil de medir
O centro da nossa galáxia abriga um ambiente gravitacional extremo, torcendo a própria malha do espaço-tempo. (crédito: Unsplash / CC0)
Observações anteriores de outras estrelas próximas a Sagitário A* já permitiram aos astrônomos calcular, com grande precisão, a massa do buraco negro — cerca de 4 milhões de vezes a massa do Sol. Medir a rotação, porém, é um desafio bem maior: segundo a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, um buraco negro em rotação arrasta o próprio espaço-tempo ao seu redor, torcendo-o de uma forma que afeta as órbitas de estrelas próximas — um fenômeno conhecido como efeito Lense-Thirring. Esse efeito, porém, só é perceptível de forma significativa em objetos que orbitam muito perto e muito rápido, exatamente as condições que a S301 satisfaz pela primeira vez.
Segundo Stefan Gillessen, pesquisador do MPE com papel de liderança no estudo, essa seria a primeira vez que os cientistas conseguiriam medir de forma verdadeiramente direta a rotação de um buraco negro massivo — um teste fundamental da própria teoria de Einstein. Já o pesquisador Juan Osorno, do Observatório de Paris, ressaltou que, sem uma estrela como a S301, a equipe precisaria de várias décadas adicionais de observação de outras estrelas para se aproximar de uma medição da rotação do buraco negro.
Por que isso importa
Para a física fundamental, uma medição direta da rotação de Sagitário A* representaria um dos testes mais rigorosos já realizados da Teoria da Relatividade Geral em condições de gravidade extrema — indo além do que já foi possível medir com a órbita de outras estrelas, que permitiu confirmar efeitos relativísticos mais sutis, mas não a rotação do próprio buraco negro.
Para a astrofísica de buracos negros como um todo, conhecer a taxa de rotação de Sagitário A* ajudaria os cientistas a entender melhor como esse tipo de objeto cresce ao longo do tempo — já que a forma como um buraco negro acumula matéria e energia ao longo de sua história deixa uma marca direta em sua velocidade de rotação atual.
O caso também reforça o valor de observatórios como o VLTI, que reúne uma combinação específica de instrumentos hoje considerada única no mundo para esse tipo de medição de altíssima precisão no centro da própria galáxia.
Limitações e o que ainda está em aberto
É importante deixar claro que a rotação de Sagitário A* ainda não foi medida — a descoberta da S301 é o que torna essa medição possível pela primeira vez, e não um resultado já obtido. Segundo a própria equipe, são necessárias observações de pelo menos duas órbitas completas da estrela para restringir sua trajetória com precisão suficiente e, só então, determinar diretamente a rotação do buraco negro.
Como cada órbita da S301 dura 8,7 anos, a expectativa da equipe é conseguir essa medição dentro dos próximos dez anos — não antes disso. A próxima aproximação máxima da S301 a Sagitário A* está prevista para 2031, um marco que a equipe considera crucial para dar continuidade ao acompanhamento da órbita da estrela.
O que vem a seguir
A equipe da colaboração GRAVITY+ afirma que pretende continuar acompanhando a S301 com o próprio instrumento GRAVITY+ e, no futuro, também com o instrumento MICADO, que será instalado no Telescópio Extremamente Grande (ELT) do ESO, atualmente em construção no Chile. Segundo Felix Mang, conseguir medir a rotação do buraco negro dentro da próxima década seria a realização de um sonho para a equipe envolvida na descoberta.
Fontes:
• European Southern Observatory (ESO) — "Milky Way's fastest star orbits our supermassive black hole" — eso.org/public/news/eso2612
• Nature — "Discovery of a star sensitive to the spin of Sgr A*" — nature.com/articles/sgr-a-spin-gravity
• Science News — "A record-breaking star could reveal how the Milky Way's giant black hole spins" — sciencenews.org/milky-way-black-hole-spin
• Sky & Telescope — "Star Feels Spin of Milky Way's Black Hole" — skyandtelescope.org/star-feels-spin-black-hole
• Sci.News — "Newly-Discovered Star Could Finally Reveal Spin of Our Galaxy's Central Black Hole" — sci.news/astronomy-s301-star-spin