A matéria escura pode estar disfarçada de buraco negro no núcleo da Via Láctea

Este material invisível, que constitui a maior parte da massa total do Universo, pode explicar duas observações muito diferentes ao mesmo tempo. Perto do centro da galáxia, as estrelas movem-se em trajetórias rápidas e caóticas, a apenas horas-luz (frequentemente usadas para medir distâncias dentro do nosso próprio sistema solar) do núcleo. Mais longe, as estrelas e o gás giram mais suavemente nas vastas regiões exteriores da Via Láctea.

As descobertas foram publicadas em Avisos mensais da Royal Astronomical Society (MNRAS).

Desafiando a explicação do buraco negro

Durante décadas, os cientistas acreditaram que Sagitário A* (Sgr A*) é um buraco negro supermassivo responsável pelas órbitas extremas de um grupo de estrelas conhecidas como estrelas S. Estas estrelas correm em torno do centro galáctico a velocidades que atingem vários milhares de quilómetros por segundo.

O novo estudo questiona essa interpretação. A equipa de investigação propõe que uma forma específica de matéria escura feita de férmions, que são partículas subatómicas leves, poderia, em vez disso, formar uma estrutura cósmica incomum que se ajusta ao que os astrónomos observam no núcleo da Via Láctea.

Um Núcleo de Matéria Escura e Halo

De acordo com o modelo, esta matéria escura fermiónica formaria naturalmente um núcleo central muito denso e compacto, rodeado por um halo muito maior e mais difuso. Juntos, o núcleo e o halo se comportariam como um sistema único e contínuo.

O núcleo interno seria massivo e concentrado o suficiente para imitar de perto a gravidade de um buraco negro. Isto poderia explicar não apenas os caminhos das estrelas S, mas também o movimento de objetos próximos cobertos de poeira, chamados fontes G, que orbitam perto do centro galáctico.

Evidências das regiões externas da Galáxia

Uma evidência importante vem de novas observações da missão GAIA DR3 da Agência Espacial Europeia. Esta pesquisa mapeou com precisão como as estrelas e o gás se movem no halo exterior da Via Láctea, revelando a curva de rotação da galáxia com detalhes sem precedentes.

Os dados mostram uma desaceleração nas velocidades orbitais a grandes distâncias do centro, um padrão conhecido como declínio Kepleriano. Os investigadores dizem que este comportamento corresponde às previsões do halo de matéria escura no seu modelo quando combinado com a massa conhecida do disco e do bojo central da Via Láctea.

Eles argumentam que isso fortalece a explicação da matéria escura fermiônica. Os modelos padrão de Cold Dark Matter prevêem halos que se estendem para fora com uma longa cauda de lei de potência. Em contraste, o modelo fermiônico produz um halo mais compacto com bordas externas mais estreitas.

Uma colaboração internacional

A pesquisa foi realizada por cientistas de instituições de diversos países, incluindo o Instituto de Astrofísica La Plata, na Argentina, a Rede Internacional do Centro de Astrofísica Relativística e o Instituto Nacional de Astrofísica, na Itália, o Grupo de Pesquisa em Relatividade e Gravitação, na Colômbia, e o Instituto de Física da Universidade de Colônia, na Alemanha.

“Esta é a primeira vez que um modelo de matéria escura consegue unir com sucesso estas escalas muito diferentes e várias órbitas de objetos, incluindo curvas de rotação modernas e dados de estrelas centrais,” disse o co-autor do estudo, Dr. Carlos Argüelles, do Instituto de Astrofísica de La Plata.

“Não estamos apenas substituindo o buraco negro por um objeto escuro; estamos propondo que o objeto central supermassivo e o halo de matéria escura da galáxia são duas manifestações da mesma substância contínua.”

Combinando a sombra do buraco negro

O modelo já havia superado um obstáculo importante. Em um estudo anterior de Pelle et al. (2024), também publicado no MNRAS, os investigadores mostraram que quando um disco de acreção ilumina estes densos núcleos de matéria escura, o resultado é uma característica semelhante a uma sombra. Notavelmente, esta sombra se assemelha muito à imagem capturada pelo Event Horizon Telescope (EHT) para Sgr A*.

“Este é um ponto crucial”, disse a autora principal, Valentina Crespi, do Instituto de Astrofísica de La Plata.

“O nosso modelo não só explica as órbitas das estrelas e a rotação da galáxia, mas também é consistente com a famosa imagem da ‘sombra do buraco negro’. O denso núcleo de matéria escura pode imitar a sombra porque desvia a luz com muita força, criando uma escuridão central rodeada por um anel brilhante.”

O que as observações futuras podem revelar

A equipe comparou seu modelo fermiônico de matéria escura diretamente com a explicação tradicional do buraco negro, usando métodos estatísticos. Embora os dados existentes sobre estrelas próximas do centro ainda não possam favorecer claramente um cenário em detrimento de outro, o modelo de matéria escura oferece uma estrutura única que explica tanto o centro galáctico (estrelas centrais e sombra) como a estrutura mais ampla da galáxia.

Observações futuras poderão ajudar a resolver o debate. Medições mais precisas obtidas com ferramentas como o interferómetro GRAVITY do Very Large Telescope no Chile, juntamente com pesquisas de anéis de fotões, poderão fornecer provas decisivas. Anéis de fótons são esperados em torno de buracos negros verdadeiros, mas não apareceriam no modelo do núcleo de matéria escura.

Se confirmados, estes resultados poderão mudar significativamente a forma como os cientistas entendem o objeto massivo que molda o coração da Via Láctea.