Estrela em alta velocidade pode testar a rotação do buraco negro no centro da Via Láctea

O Sagittarius A* (Sgr A*), o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea, possui um spin que ainda não foi determinado com precisão. A rotação, ou spin, de um buraco negro é descrita pelo momento angular e pode variar de praticamente zero até o limite máximo permitido pela solução da relatividade geral.

As estrelas que orbitam Sgr A* funcionam como sondas naturais do espaço-tempo. Quanto mais próxima uma estrela passa do buraco negro, mais relevantes se tornam efeitos relativísticos associados à sua rotação, incluindo o frame dragging, no qual o espaço-tempo é arrastado pelo momento angular do objeto.

A descoberta da S301 é importante porque ela é a estrela mais rápida já observada na Via Láctea e atinge cerca de 25.000 km/s durante sua órbita. A estrela se aproxima de Sgr A* mais do que qualquer outra já observada, chegando a uma região onde os efeitos da rotação do buraco negro podem alterar seu movimento de forma mensurável.

Sgr A*

O Sgr A* é o buraco negro supermassivo localizado no centro da Via Láctea, a aproximadamente 26 mil anos-luz da Terra. Sua massa é estimada em cerca de 4 milhões de vezes a massa do Sol. Seu horizonte de eventos teria um diâmetro de aproximadamente 24 milhões de quilômetros, menor que a órbita de Mercúrio.

O buraco negro consome pouca matéria em comparação com buracos negros supermassivos mais ativos. Ao seu redor existe uma região densa, com estrelas, gás e poeira submetidos a campos gravitacionais intensos. A dinâmica desses objetos permite estudar melhor as propriedades dos buracos negros.

O spin do Sgr A*

O spin de um buraco negro é seu momento angular associado à rotação do próprio objeto. Na relatividade geral, ele é descrito pelo parâmetro que varia de 0, para um buraco negro sem rotação, até aproximadamente 1, para a rotação máxima permitida. O spin altera a geometria do espaço-tempo ao redor do buraco negro.

Ainda não conhecemos o spin do Sagittarius A* porque não podemos observar diretamente o horizonte de eventos nem acompanhar a rotação do buraco negro. As estimativas dependem de efeitos indiretos, como a emissão do gás próximo, a estrutura do fluxo de acreção e o movimento de objetos em sua vizinhança.

Estrela S301

Com isso, a descoberta da estrela S301 traz avanços nessa direção. A S301 é a estrela mais rápida já observada na Via Láctea, atingindo cerca de 25.000 km/s durante sua passagem próxima por Sagittarius A*. Ela segue uma órbita compacta, completando uma órbita em apenas 8,7 anos.

Ela chega a aproximadamente 12 vezes a distância entre a Terra e o Sol do buraco negro. Ela está em uma região onde os efeitos relativísticos podem ser mensuráveis. Como S301 passa mais perto de Sgr A* do que qualquer outra estrela, pequenas alterações em sua órbita podem dar informações sobre o momento angular do buraco negro.

Mistério do spin

A órbita da S301 poderá fornecer uma das melhores oportunidades para determinar diretamente o spin do Sgr A*. Para isso, os astrônomos precisam acompanhar sua trajetória com precisão para identificar pequenas alterações orbitais produzidas pelo frame dragging, causado pela rotação do buraco negro.

Observações de acompanhamento com o GRAVITY+ e, futuramente, com o instrumento do Extremely Large Telescope (ELT), serão fundamentais para reconstruir a órbita da S301. A estrela terá uma nova passagem próxima de Sgr A* em 2031, e o objetivo é acompanhar pelo menos duas órbitas completas.