S301: a estrela mais rápida perto de Sagittarius A* pode revelar como gira o buraco negro

A estrela também é extraordinariamente fraca: sua magnitude aparente na faixa K, usada para observações no infravermelho, é de aproximadamente 19,3. Os pesquisadores a classificam como provavelmente pertencente à sequência principal, embora seu brilho reduzido dificulte uma caracterização precisa.

Como S301 foi encontrada

A equipe do GRAVITY detectou S301 na primavera de 2023 usando o instrumento GRAVITY, instalado no Interferômetro do Very Large Telescope (VLTI), do Observatório Europeu do Sul. A estrela apareceu cerca de 15 milissegundos de arco a noroeste de Sgr A* e, nos meses seguintes, moveu-se para longe do buraco negro, exibindo um deslocamento rápido e levemente curvo.

Com essas medições, os astrônomos estimaram a órbita de S301 e calcularam onde ela deveria ter aparecido em observações anteriores. Em seguida, encontraram a estrela em dados arquivados do GRAVITY de 2021 e, depois, de 2017. Esse intervalo maior de observação fortaleceu a interpretação de que os pontos registrados pertencem à mesma estrela e ajudou a restringir sua trajetória.

Ainda assim, a órbita publicada é preliminar. Os pesquisadores ainda não obtiveram uma medição da velocidade radial de S301 — o movimento da estrela na direção do observador ou para longe dele. Novas observações serão importantes para determinar com mais precisão seu movimento em três dimensões e seus parâmetros orbitais.

Por que a estrela pode revelar o giro do buraco negro

Um buraco negro em rotação não apenas atrai objetos próximos. Segundo a relatividade geral, seu momento angular também pode arrastar o espaço-tempo ao redor. Esse fenômeno é conhecido como arrasto de referenciais, ou precessão de Lense–Thirring.

Para uma estrela em órbita, o efeito pode alterar gradualmente a orientação do plano orbital. Como a intensidade do fenômeno diminui rapidamente com a distância, a passagem excepcionalmente próxima de S301 a torna muito mais sensível à rotação de Sgr A* do que as estrelas que percorrem órbitas mais amplas.

Ao medir repetidamente a posição da estrela com alta precisão, os astrônomos poderão procurar pequenas mudanças acumuladas na órbita. Depois, poderão comparar essas alterações com as previsões para um buraco negro em rápida rotação e com os deslocamentos esperados caso Sgr A* não esteja girando.

Isso, porém, é uma possibilidade futura — não uma medição da rotação já realizada. O plano é continuar acompanhando S301 antes da aproximação máxima prevista para o fim de 2031 e por aproximadamente uma década depois. Esse monitoramento poderá mostrar se o movimento acumulado é compatível com um Sgr A* em rápida rotação ou com um buraco negro estacionário.

Um teste mais difícil: o teorema do “sem cabelo”

Em um estágio ainda mais ambicioso, S301 talvez ajude a medir o momento de quadrupolo do buraco negro. Essa grandeza descreve como a rotação modifica a forma do campo gravitacional de Sgr A*, indo além dos efeitos mais simples associados à massa e ao giro.

Na solução de Kerr, que descreve um buraco negro isolado em rotação na relatividade geral, as propriedades que podem ser medidas externamente são determinadas por sua massa e seu spin. A carga elétrica, por sua vez, deve ser desprezível em um buraco negro astrofísico. Testar a relação prevista entre a rotação e o momento de quadrupolo seria uma forma de investigar o chamado teorema do “sem cabelo”.

Essa medição é consideravelmente mais difícil do que detectar a rotação. O sinal do quadrupolo é menor e pode ser confundido com perturbações gravitacionais provocadas por outras estrelas ou por objetos compactos ainda não observados nas proximidades do centro galáctico. Por isso, os pesquisadores tratam esse objetivo como uma possibilidade de longo prazo, não como um resultado garantido.

O que acontece agora

A prioridade imediata é continuar rastreando S301 e aperfeiçoar o ajuste de sua órbita. Mais medições poderão determinar sua velocidade radial, refinar o momento e a distância do pericentro e ajudar a separar efeitos relativísticos das incertezas causadas pelo ambiente estelar ao redor do centro da Via Láctea.

Se a trajetória prevista se confirmar, S301 oferecerá um teste especialmente sensível de como um buraco negro supermassivo gira e de como essa rotação influencia o espaço-tempo próximo. A velocidade recorde chama atenção, mas o verdadeiro valor científico da estrela está em transformar um ponto fraco e veloz no céu em uma sonda de precisão de Sagittarius A*.