Uma estrela recém-identificada completa uma volta ao redor de Sagittarius A*, o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea, em apenas 8,7 anos. Batizado de S301, o astro percorre a órbita estelar mais curta já conhecida nessa região e, durante sua aproximação máxima, atinge cerca de 25 mil quilômetros por segundo — mais de 8% da velocidade da luz.
S301 também passa mais perto do buraco negro do que qualquer outra estrela conhecida no centro galáctico. No periastro, ponto de menor distância, ela chega a apenas 136 ou 142 raios de Schwarzschild de Sagittarius A*, dependendo de qual das duas orientações orbitais possíveis estiver correta. Isso corresponde a uma aproximação cerca de dez vezes maior do que a de S2, estrela usada há duas décadas nos principais testes da gravidade nessa região.
A descoberta, descrita em um estudo publicado na revista Nature, abre a possibilidade de medir, na próxima década, a rotação de Sagittarius A* por meio das pequenas alterações relativísticas provocadas na trajetória de S301. Por enquanto, porém, os pesquisadores ainda não determinaram o giro do buraco negro: a perspectiva depende de futuras observações muito mais precisas.
Um ponto tênue escondido nos dados
A estrela apareceu como um fraco ponto de luz a 15 milissegundos de arco a noroeste de Sagittarius A* em observações feitas no primeiro semestre de 2023. Ela não foi encontrada diretamente em uma imagem convencional, mas em uma reconstrução produzida com dados interferométricos do instrumento GRAVITY, instalado no Very Large Telescope Interferometer, no Chile.
Desde 2017, o GRAVITY acompanha o centro da Galáxia em campanhas realizadas aproximadamente uma vez por mês, entre março e setembro. Uma parte da análise ajusta modelos das estrelas já conhecidas aos dados, procedimento eficiente para acompanhar órbitas, mas inadequado para revelar fontes inesperadas. S301 surgiu quando os pesquisadores inverteram os dados para produzir uma imagem e explorar um espaço maior de possibilidades. Segundo a equipe responsável pelo GRAVITY+, localizar um objeto assim apenas com o código de ajuste seria “de fato impossível”.
Um segundo método de reconstrução confirmou o astro de forma independente. Com uma órbita preliminar em mãos, os cientistas revisaram observações antigas e encontraram S301 claramente em dados de 2021 e de maneira mais fraca em 2017. Ao todo, 19 posições astrométricas registradas ao longo de mais de oito anos permitiram traçar sua trajetória.
Uma órbita no limite
Os cálculos indicam um período de 8,68 anos, superando o recorde anterior de S55, que leva cerca de 12 anos para completar uma volta. S2, por comparação, demora aproximadamente 16 anos. A órbita de S301 é extremamente alongada, com excentricidade próxima de 0,983, o que explica tanto a aproximação profunda quanto a aceleração a 25 mil ou 25,6 mil quilômetros por segundo no periastro.
Nessas condições, a relatividade geral prevê que o ponto de maior aproximação avance entre 1,9 e 2 graus a cada circuito. Em vez de repetir sempre a mesma elipse fechada, a órbita deve girar lentamente dentro do próprio plano, completando uma rotação em cerca de 1.600 anos. Os dados atuais são compatíveis com essa previsão, mas ainda não têm precisão suficiente para confirmá-la. A passagem mais recente pelo periastro ocorreu no início de 2023, pouco antes da identificação da estrela.
O espectro que ainda falta
Apesar da trajetória bem delineada no céu, S301 nunca foi detectada espectroscopicamente. Sem medir sua velocidade ao longo da linha de visão, os astrônomos não conseguem decidir entre duas soluções espelhadas para a orientação tridimensional da órbita. Ambas apresentam praticamente o mesmo período, tamanho e excentricidade, mas posicionam a elipse de formas diferentes no espaço.
O objeto tem magnitude 19,3 na banda K e é aproximadamente cinco magnitudes mais fraco que S2. A partir desse brilho, da distância adotada e da extinção causada pela poeira, os autores estimam que seja uma estrela da sequência principal do tipo F, com aproximadamente 1,1 a 1,5 massa solar. Uma gigante provavelmente perderia parte de seu envelope em uma passagem tão próxima, produzindo efeitos que não aparecem na órbita observada. Uma estrela compacta da sequência principal, por outro lado, permanece fora do próprio limite de ruptura pelas marés gravitacionais.
A rotação de Sagittarius A* entra no alcance
Se Sagittarius A* estiver girando, sua rotação deve arrastar o espaço-tempo ao redor e modificar discretamente a órbita de S301, fenômeno conhecido como arrasto de referenciais. No cenário mais favorável — rotação máxima e eixo aproximadamente alinhado com a órbita — esse efeito acrescentaria cerca de 0,11 grau de precessão por volta, além da mudança relativística de aproximadamente 1,9 grau.
Em uma simulação com observações até 2035, incluindo medições mais frequentes perto do próximo periastro, os pesquisadores conseguiram distinguir um buraco negro em rotação máxima de outro sem rotação com significância superior a cinco sigma. O cenário pressupõe precisão astrométrica de 100 microsegundos de arco e velocidades radiais medidas com incerteza de apenas um quilômetro por segundo.
Essas condições ainda não foram alcançadas. A precisão astrométrica é uma meta do GRAVITY+, enquanto as velocidades radiais provavelmente exigirão o Extremely Large Telescope — e dependem, antes de tudo, da difícil obtenção do espectro de S301. O manuscrito aceito do estudo também ressalta que uma medição robusta exigirá modelos relativísticos mais completos para evitar desvios sistemáticos.
Estrelas invisíveis podem embaralhar o sinal
Buracos negros de massa estelar e outros objetos compactos próximos podem perturbar S301 por gravidade newtoniana, inclinando seu plano orbital em cerca de 0,65 minuto de arco por volta. Em distribuições consideradas típicas, essa influência seria menor que o arrasto de referenciais caso Sagittarius A* tenha rotação moderada ou alta e uma orientação favorável.
Os sinais podem, em princípio, ser separados: o efeito da rotação se concentra perto do periastro, enquanto as perturbações de uma população granular aparecem com maior intensidade perto do ponto mais distante. Uma configuração extrema, com toda a massa permitida pelas observações de S2 concentrada em um disco interno e quase alinhado a S301, poderia superar o efeito relativístico. Assim, a estrela oferece uma oportunidade excepcional, mas transformar sua órbita recordista em uma medida do giro de Sagittarius A* dependerá tanto dos novos instrumentos quanto de compreender a população escura que cerca o buraco negro.
