A matéria escura pode estar disfarçada como um buraco negro no centro da Via Láctea.

Esse material invisível, que compõe a maior parte da massa total do universo, pode explicar duas observações muito diferentes simultaneamente. Próximo ao centro da galáxia, estrelas se movem em caminhos rápidos e caóticos a apenas algumas horas-luz (geralmente usadas para medir distâncias dentro do nosso próprio sistema solar) do núcleo. Mais longe, estrelas e gás giram de maneira mais suave através das vastas regiões externas da Via Láctea.

As descobertas foram publicadas na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

Desafiando a Explicação do Buraco Negro

Durante décadas, os cientistas acreditaram que Sagittarius A* (Sgr A*) é um buraco negro supermassivo responsável pelas órbitas extremas de um grupo de estrelas conhecidas como as estrelas S. Essas estrelas correm ao redor do centro galáctico a velocidades de até vários milhares de quilômetros por segundo.

O novo estudo questiona essa interpretação. A equipe de pesquisa propõe que uma forma específica de matéria escura composta de férmions, que são partículas subatômicas leves, poderia formar uma estrutura cósmica incomum que se ajusta ao que os astrônomos observam no núcleo da Via Láctea.

Um Núcleo e Halo de Matéria Escura

De acordo com o modelo, essa matéria escura férmionica se formaria naturalmente em um núcleo central muito denso e compacto, cercado por um halo muito maior e mais difuso. Juntas, a core e o halo se comportariam como um sistema contínuo.

O núcleo interno seria massivo e concentrado o suficiente para imitar de perto a gravidade de um buraco negro. Isso 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.

Evidence From the Galaxy’s Outer Regions

Uma peça-chave de evidência vem de novas observações da missão GAIA DR3 da Agência Espacial Europeia. Este levantamento mapeou com precisão como estrelas e gás se movem no halo externo da Via Láctea, revelando a curva de rotação da galáxia com um detalhe sem precedentes.

Os dados mostram uma desaceleração nas velocidades orbitais a grandes distâncias do centro, um padrão conhecido como a queda kepleriana. Os pesquisadores afirmam que esse comportamento corresponde às previsões do halo de matéria escura em seu modelo, quando combinado com a massa conhecida do disco da Via Láctea e do bulbo central.

Eles argumentam que isso fortalece a explicação da matéria escura férmionica. Os modelos de Matéria Escura Fria Padrão preveem halos que se estendem para fora com uma cauda de lei de potência longa. Em contraste, o modelo férmionico produz um halo mais compacto com bordas externas mais estreitas.

Uma Colaboração Internacional

A pesquisa foi realizada por cientistas de instituições de vários países, incluindo o Instituto de Astrofísica de La Plata na Argentina, o Centro Internacional para a Rede 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 conseguiu unir essas escalas vastamente diferentes e várias órbitas de objetos, incluindo dados modernos de curva de rotação e estrelas centrais,” disse o coautor 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.”

Correspondendo à Sombra do Buraco Negro

O modelo já superou um obstáculo importante. Em um estudo anterior de Pelle et al. (2024), também publicado na MNRAS, os pesquisadores mostraram que quando um disco de acreção ilumina esses núcleos densos de matéria escura, o resultado é uma característica semelhante a uma sombra. Notavelmente, essa sombra se assemelha de perto à imagem capturada pelo Telescópio de Horizonte de Eventos (EHT) para Sgr A*.

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

“Nosso modelo não apenas explica as órbitas das estrelas e a rotação da galáxia, mas também é consistente com a famosa imagem da ‘sombra do buraco negro’. O núcleo denso de matéria escura pode imitar a sombra porque curva a luz de forma tão intensa, criando uma escuridão central cercada por um anel brilhante.”

O Que Futuras Observações Podem Revelar

A equipe comparou seu modelo de matéria escura férmionica 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 relação ao outro, o modelo de matéria escura oferece uma estrutura única que explica tanto o centro galáctico (estrelas centrais e sombra) quanto a estrutura mais ampla da galáxia.

Futuras observações podem ajudar a resolver o debate. Medições mais precisas de ferramentas como o interferômetro GRAVITY no Very Large Telescope no Chile, juntamente com buscas por anéis de fótons, podem fornecer evidências decisivas. Anéis de fótons são esperados ao redor de verdadeiros buracos negros, mas não apareceriam no modelo do núcleo de matéria escura.

Se confirmados, esses resultados poderiam mudar significativamente como os cientistas entendem o objeto massivo que molda o coração da Via Láctea.