S301 pode finalmente medir o spin de Sagitário A* ao orbitá-lo a 8% da luz

Algo está a orbitar o buraco negro central da Via Láctea tão rápido e tão perto que a física dos objetos em rotação — não apenas dos massivos — se torna finalmente testável. A S301, identificada por uma equipa do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre usando o VLTI do Observatório Europeu do Sul, passa a menos de 1,78 mil milhões de quilómetros de Sagitário A* — uma distância comparável ao intervalo entre o Sol e Saturno. Fá-lo a cerca de 25 000 km/s, ou 8% da velocidade da luz. Nenhuma outra estrela rastreada nesta região da galáxia se moveu tão depressa ou chegou tão perto.

O que distingue a S301 das outras estrelas de movimento rápido perto do centro galáctico não é apenas a velocidade — é a consequência. A essa proximidade, a relatividade geral de Einstein prevê que o buraco negro em rotação arrasta o espaço-tempo circundante consigo, um efeito chamado frame-dragging ou efeito Lense-Thirring. Como a S301 passa tão profundamente nesta região, a sua órbita deverá conter marcas mensuráveis da rapidez com que Sagitário A* está a rodar. Isto nunca foi alcançável com nenhuma estrela conhecida.

«Com esta estrela esperamos medir, nos próximos 10 anos, a rotação do buraco negro», disse Felix Mang, autor principal do estudo e investigador no Instituto Max Planck de Física Extraterrestre. Não existe atualmente nenhuma medição direta da rotação de Sagitário A*. A S301 poderá produzir uma.

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Uma classe diferente de estrela S

Sagitário A* está rodeado por um enxame de estrelas de movimento rápido chamadas estrelas S, catalogadas ao longo de três décadas e usadas para mapear a influência gravitacional do buraco negro. A mais conhecida, a S2, forneceu a primeira evidência direta de que Sagitário A* tem uma massa de quatro milhões de massas solares — trabalho que valeu a Reinhard Genzel e Andrea Ghez o Prémio Nobel da Física de 2020. A S2 atinge cerca de 7 650 km/s na aproximação máxima, aproximadamente 2,5% da velocidade da luz, numa órbita de 16 anos.

A S301 completa uma órbita inteira em 8,7 anos — menos de metade do tempo — e na aproximação máxima move-se três vezes mais depressa do que a S2 no seu próprio pericentro. Mais importante ainda, passa a aproximadamente 12 unidades astronómicas de Sagitário A*, cerca de oito vezes mais perto do que qualquer estrela S previamente conhecida. A essa distância, os efeitos relativistas gerais não existem apenas; acumulam-se na órbita a um ritmo que os instrumentos em Paranal podem acompanhar ano após ano.

A descoberta foi feita usando o GRAVITY+, uma atualização de nova geração do interferómetro GRAVITY original no Observatório de Paranal do ESO, no Chile. O GRAVITY+ combina a luz de quatro telescópios de 8,2 metros para atingir a resolução angular necessária para resolver estrelas individuais dentro do denso enxame estelar, obscurecido por poeira, em torno do centro galáctico. Ao rastrear a posição da S301 ao longo de múltiplas épocas de observação, a equipa reconstruiu a sua órbita completa com precisão suficiente para estabelecer a distância ao pericentro e a velocidade de pico.

Porque é que a rotação importa

A massa de Sagitário A* é conhecida há anos. Mas a massa é apenas uma das duas propriedades fundamentais que um buraco negro pode ter, a par da carga elétrica — que se espera que os buracos negros astrofísicos percam rapidamente em ambientes reais. A propriedade restante é a rotação. De acordo com a solução de Kerr das equações de campo de Einstein, um buraco negro em rotação transporta momento angular, e essa rotação molda a geometria do espaço-tempo à sua volta de formas que vão além do que a massa por si só produz.

A rapidez com que Sagitário A* roda, e em que direção, governa a estrutura do seu horizonte de eventos e as órbitas de tudo o que está próximo. As estimativas atuais de métodos indiretos — modelação da emissão do disco de acreção observada na imagem de 2022 do Telescópio Horizonte de Eventos — sugerem que provavelmente roda a um ritmo moderado, mas as incertezas continuam suficientemente grandes para cobrir grande parte do intervalo permitido. Uma medição a partir da precessão orbital da S301 seria a primeira determinação direta.

O efeito Lense-Thirring faz com que o plano da órbita de uma estrela em torno de um corpo em rotação preceda — rode lentamente — a um ritmo que escala com o parâmetro de rotação do buraco negro. Para a S301, a equipa calcula que esta precessão se acumulará até um nível detetável ao longo dos próximos anos de observação com o GRAVITY+.

O que os dados ainda não resolvem

Vários limites importantes aplicam-se. A órbita da S301 — a sua velocidade, período e distância ao pericentro — está agora bem estabelecida. A precessão por frame-dragging ainda não foi detetada; é uma medição futura que requer observar a estrela ao longo de mais algumas passagens por Sagitário A*.

O centro galáctico também é ambientalmente ruidoso para os padrões astrofísicos. A distribuição de estrelas, gás e matéria escura na região gera perturbações gravitacionais newtonianas que podem deslocar uma órbita de formas que imitam a precessão relativista. Extrair o sinal Lense-Thirring exige modelar e subtrair estas contribuições, o que acrescenta complexidade e incerteza à eventual medição.

Finalmente, a descoberta da S301 é em si mesma um incentivo para procurar com mais cuidado. O enxame estelar interior em torno de Sagitário A* é fortemente obscurecido por poeira, e o GRAVITY+ só consegue sondar até certo ponto. Permanece a possibilidade de que existam estrelas adicionais a orbitar ainda mais perto, com assinaturas orbitais que contenham impressões relativistas mais fortes ou diferentes.

Perguntas comuns sobre a S301 e Sagitário A*

Como é que os cientistas encontraram uma estrela tão perto do centro galáctico? O instrumento GRAVITY+ do Very Large Telescope Interferometer combina a luz de quatro telescópios de 8 metros para atingir a resolução necessária para resolver estrelas individuais no denso enxame em torno de Sagitário A*. Ao rastrear pequenas variações de posição ao longo de vários anos, a equipa reconstruiu a órbita completa da S301.

O que é o frame-dragging e porque é que importa? Uma massa em rotação arrasta o tecido do espaço-tempo à sua volta — quanto mais rápida a rotação, mais forte o arrasto. Perto de um buraco negro em rotação, isto altera as trajetórias orbitais dos objetos próximos de uma forma que depende tanto da magnitude como da direção da rotação. Medir isto a partir de uma órbita estelar dá uma leitura direta do momento angular do buraco negro — algo que nenhum outro método atual conseguiu para Sagitário A*.

Como se compara a S301 com outras estrelas S perto de Sgr A*? A S2, a estrela S mais estudada, atinge uma aproximação máxima de cerca de 100 unidades astronómicas num ciclo de 16 anos. A S301 aproxima-se oito vezes mais, em 8,7 anos, a três vezes a velocidade no pericentro. Esta combinação de proximidade e período curto torna-a singularmente sensível ao frame-dragging.

Isto vai mudar o que sabemos sobre o buraco negro da Via Láctea? A rotação de Sagitário A* está atualmente sem restrições por medição direta. Determiná-la completaria a descrição física básica do buraco negro central da nossa galáxia e abriria testes da relatividade geral num ambiente rotativo de campo forte que as órbitas estelares nunca antes alcançaram.

As observações com o GRAVITY+ continuarão ao longo de múltiplos períodos orbitais da S301. A equipa espera que a precessão por frame-dragging atinja níveis detetáveis dentro de aproximadamente uma década — um prazo suficientemente curto para que os mesmos instrumentos e equipa que descobriram a S301 provavelmente façam eles próprios a medição da rotação.

Referência: Mang et al., «S301: a new S star orbiting close to Sagittarius A*», Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10894-w

Etiquetas: black holes, Sagittarius A*, ESO, frame-dragging, S301

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