Uma estrela recém-identificada perto do coração da Via Láctea acaba de entrar para os recordes da astronomia. Batizada de S301, ela chega a aproximadamente 25 mil quilômetros por segundo durante sua passagem mais próxima de Sagittarius A*, o buraco negro supermassivo localizado no centro da nossa galáxia.
Isso corresponde a mais de 8% da velocidade da luz e faz da S301 a estrela mais rápida já observada na Via Láctea até agora. Mas a velocidade não é o único detalhe extraordinário. Sua órbita passa tão perto do buraco negro que poderá permitir aos astrônomos medir diretamente um efeito provocado pela própria rotação de Sagittarius A*.
O número que chama atenção
25.000 km/s
É a velocidade aproximada alcançada pela S301 no trecho mais extremo de sua órbita, cerca de 100 mil vezes a velocidade de um avião comercial.
A estrela completa uma volta em apenas 8,7 anos
A S301 está presa gravitacionalmente a Sagittarius A* e percorre uma órbita extremamente apertada. Segundo o estudo publicado na revista Nature, são necessários apenas 8,7 anos para completar uma volta inteira ao redor do buraco negro.
No ponto de maior aproximação, a distância entre a estrela e Sagittarius A* cai para aproximadamente 12 vezes a separação entre a Terra e o Sol.
Em escalas astronômicas, isso é extremamente perto. A distância é comparável à região ocupada pela órbita de Saturno no Sistema Solar.
Uma estrela passando tão perto de um buraco negro supermassivo transforma sua própria órbita em um experimento para testar a física em condições impossíveis de reproduzir na Terra.
O objetivo agora é descobrir como Sagittarius A* gira
A teoria da relatividade geral de Albert Einstein prevê que um objeto extremamente massivo e em rotação pode arrastar o espaço-tempo ao seu redor.
Esse fenômeno é conhecido como efeito Lense-Thirring. No caso de Sagittarius A*, a rotação do buraco negro deveria produzir uma pequena alteração acumulada na trajetória de estrelas próximas.
Até agora, medir diretamente esse efeito em um buraco negro supermassivo tem sido extremamente difícil. A S301 pode mudar isso justamente porque passa muito mais perto de Sagittarius A* do que qualquer outra estrela conhecida desse tipo.
Se a precisão das observações for suficiente, pequenas alterações na órbita poderão revelar a velocidade e a orientação da rotação do buraco negro.
A diferença pode ser minúscula, mas mensurável
A órbita da S301 já sofre a chamada precessão de Schwarzschild, uma mudança gradual na orientação da trajetória prevista pela relatividade geral mesmo quando se considera um buraco negro sem rotação.
Quando a rotação de Sagittarius A* entra na conta, surge um efeito adicional. A cada passagem próxima, o espaço-tempo arrastado pelo buraco negro poderia alterar ligeiramente o caminho da estrela.
Depois de vários anos, a diferença acumulada entre a trajetória esperada para um buraco negro parado e uma em torno de um buraco negro em rotação poderá chegar a uma escala comparável ao tamanho da órbita da Terra ao redor do Sol.
| Período orbital | 8,7 anos |
| Velocidade máxima | aproximadamente 25 mil km/s |
| Fração da velocidade da luz | mais de 8% |
| Distância mínima de Sagittarius A* | cerca de 12 unidades astronômicas |
| Próxima passagem próxima prevista | 2031 |
Encontrar a S301 foi uma tarefa extremamente difícil
A estrela é muito pouco brilhante quando observada da Terra. Os pesquisadores estimam que ela apareça aproximadamente 2 bilhões de vezes mais fraca que Betelgeuse, uma das estrelas mais conhecidas do céu.
Para separar sua luz da enorme quantidade de estrelas existentes no centro galáctico, a equipe utilizou o Very Large Telescope Interferometer, o VLTI, instalado no Observatório do Paranal, no Chile.
O sistema combina a luz captada por quatro telescópios de oito metros, fazendo com que trabalhem em conjunto como um único instrumento virtual. O resultado é uma resolução espacial aproximadamente 15 vezes superior à obtida por apenas um desses telescópios operando isoladamente.
As observações foram realizadas com o instrumento Gravity, posteriormente atualizado para a configuração Gravity+.
Os primeiros sinais apareceram em 2023
A equipe conseguiu identificar a nova estrela na primavera de 2023. A partir daí, passou a acompanhar seus movimentos e a reconstruir observações anteriores.
Com esse trabalho, os astrônomos conseguiram rastrear a trajetória da S301 até 2017 e determinar que sua passagem mais recente pelo ponto de máxima aproximação de Sagittarius A* aconteceu no início de 2023.
2017
Dados permitiram reconstruir a trajetória da estrela a partir desse período.
2023
A S301 foi identificada e passou pelo trecho mais próximo de Sagittarius A*.
2031
Está previsto o próximo encontro extremo com o buraco negro.
A estrela provavelmente não nasceu onde está hoje
As condições extremamente violentas próximas de Sagittarius A* tornam improvável que uma estrela como a S301 tenha se formado naquele local.
Uma das hipóteses consideradas pelos pesquisadores é que ela tenha feito parte originalmente de um sistema binário, composto por duas estrelas orbitando uma à outra.
Quando o sistema se aproximou demais do buraco negro, as forças gravitacionais podem ter separado a dupla. A S301 teria sido capturada por Sagittarius A*, enquanto sua companheira teria sido lançada para fora em altíssima velocidade.
Esse mecanismo pode produzir as chamadas estrelas hipervelozes, algumas delas rápidas o suficiente para escapar completamente da Via Láctea.
Os próximos anos serão decisivos
O objetivo dos pesquisadores agora é acompanhar a S301 durante uma parte cada vez maior de sua órbita.
Além do Gravity+, futuras observações deverão contar com o Extremely Large Telescope, o ELT, que está em construção no Chile, e com o instrumento Micado.
A combinação desses equipamentos deverá aumentar consideravelmente a precisão com que os astrônomos conseguem medir a posição da estrela.
O grande momento acontecerá novamente por volta de 2031, quando a S301 deverá realizar outra passagem extrema perto de Sagittarius A*.
Por que duas órbitas completas são tão importantes?
Quanto maior o trecho da trajetória observado, mais fácil será separar pequenas perturbações causadas pela rotação do buraco negro de outros efeitos gravitacionais presentes no centro da galáxia.
Uma estrela pode revelar uma propriedade escondida do maior objeto no centro da galáxia
Sagittarius A* possui milhões de vezes a massa do Sol, mas determinar diretamente sua rotação continua sendo um desafio.
A S301 oferece uma oportunidade incomum porque sua trajetória passa justamente pela região onde os efeitos relativísticos se tornam mais intensos.
Se as medições planejadas para a próxima década conseguirem detectar o arrasto do espaço-tempo previsto por Einstein, os astrônomos poderão obter pela primeira vez uma medida direta da rotação de um buraco negro supermassivo usando a órbita de uma estrela.
Assim, o mesmo objeto que já conquistou o recorde de velocidade na Via Láctea pode acabar sendo ainda mais importante por outro motivo: transformar uma estrela extremamente tênue e distante em uma das ferramentas mais precisas já usadas para investigar a física ao redor de um buraco negro.
