A estrela mais rápida da Via Láctea

Imagens do instrumento GRAVITY da região ao redor de Sgr A*. Crédito: K. Abd El Dayem et al.

Astrônomos descobriram a estrela mais rápida conhecida em nossa galáxia, a Via Láctea, orbitando o buraco negro em seu centro. A estrela, chamada S301, foi detectada pelo Interferômetro do Very Large Telescope (VLTI) do Observatório Europeu do Sul (ESO) e atinge velocidades de 25.000 km/s enquanto viaja ao redor do buraco negro de quatro milhões de massas solares. Ela se aproxima mais do buraco negro do que qualquer outra estrela observada anteriormente, tão perto que sente os efeitos de sua rotação.

"Décadas de monitoramento cuidadoso de estrelas orbitando o buraco negro central da nossa galáxia, Sagitário A*, levaram a descoberta desta estrela. Por orbitar tão perto de Sagitário A*, a S301 abre uma nova janela para as propriedades fundamentais do espaço-tempo neste ambiente extremo que é o de um buraco negro", afirma o ganhador do Prêmio Nobel Reinhard Genzel, diretor do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) em Garching, Alemanha, e membro fundador da colaboração que realizou essas observações.

Uma rara oportunidade de testar o spin

Durante sua passagem mais próxima a Sagitário A*, a estrela viaja cerca de 100.000 vezes mais rápido que um avião comercial, ou mais de 8% da velocidade da luz. S301 também se aproxima de Sagitário A* mais do que qualquer outra estrela observada até agora, chegando a uma distância semelhante à de Saturno ao Sol, completando sua órbita em apenas 8,7 anos.

Assim como a maioria das coisas em nosso universo, os astrônomos preveem que Sagitário A* gira. De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, um buraco negro em rotação arrasta o espaço-tempo consigo e o distorce, o que afeta as órbitas das estrelas ao seu redor. O efeito é sentido com mais intensidade por objetos que orbitam buracos negros de rotação rápida a curta distância.

"Com esta estrela, esperamos medir, nos próximos 10 anos, a rotação do buraco negro", diz Mang. O pesquisador do MPE, Stefan Gillessen, que também teve um papel fundamental no novo estudo, acrescenta: "Pela primeira vez, seríamos capazes de medir de forma muito direta a rotação de um buraco negro massivo, o que seria um teste crucial da teoria de Einstein."

Juan Osorno, astrônomo do Observatório LIRA de Paris-PSL, na França, que também teve um papel fundamental no estudo, acrescenta: "Sem essa estrela, precisaríamos medir o movimento de outras estrelas por mais algumas décadas para chegar perto de medir a rotação do buraco negro."

Como a equipe rastreou o S301

Encontrar S301, que aparece 2 bilhões de vezes mais fraca que Betelgeuse (a estrela laranja na constelação de Orion) no céu, não foi tarefa fácil. A equipe utilizou o VLTI, uma instalação do Observatório Paranal do ESO, no Chile, e seu instrumento GRAVITY, agora conhecido como GRAVITY+ após uma atualização de infraestrutura. O grande diferencial do VLTI reside em sua capacidade de combinar a luz de quatro telescópios de 8 metros (26 pés) para criar um telescópio "virtual" com 15 vezes a resolução espacial de um único telescópio de 8 metros (26 pés).

Esta sequência de imagens, capturadas pelo instrumento GRAVITY, mostra diversas estrelas orbitando Sagitário A*, o buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia. Uma dessas estrelas, conhecida como S301, foi recentemente descoberta passando muito mais perto do buraco negro do que qualquer outra estrela conhecida. A órbita de S301 é representada aqui por uma curva elíptica. Em cada imagem, a curva contínua mostra a trajetória que a estrela já percorreu até aquele ponto, enquanto a curva tracejada marca a trajetória que ela seguirá em seguida. O tamanho da órbita de Netuno é mostrado como referência. Crédito: Colaboração ESO/GRAVITY

Com o instrumento GRAVITY, e posteriormente com o GRAVITY+, a equipe conseguiu vislumbrar a nova estrela pela primeira vez na primavera de 2023 e a acompanha desde então para determinar sua órbita. Eles também conseguiram rastrear o histórico orbital de S301 até 2017, descobrindo que sua última maior aproximação do buraco negro central ocorreu no início de 2023. As propriedades orbitais de S301, e o fato de que estrelas não podem se formar tão perto de um buraco negro tão massivo assim, indicam que a estrela provavelmente fazia parte de um sistema binário que foi despedaçado pelas forças de maré de Sagitário A*. Nesse processo, S301 ficou presa pela gravidade do buraco negro, enquanto sua estrela companheira foi ejetada em alta velocidade, provavelmente rápida o suficiente para deixar a galáxia completamente.

A próxima passagem próxima será em 2031.

Observações de acompanhamento com o GRAVITY+ e com o instrumento MICADO (uma câmera astronômica de altíssima resolução), que fará parte do futuro Telescópio Extremamente Grande (ELT) do ESO, serão cruciais para traçar a trajetória de S301 na próxima década, quando ele fizer sua próxima passagem mais próxima em 2031. Observar pelo menos duas órbitas completas de S301 permitirá que sua trajetória seja determinada com precisão suficiente para que a equipe possa calcular diretamente a rotação de Sagitário A* pela primeira vez.

Fonte: ESO