No centro da Via Láctea, a escassos anos-luz de distância, um conjunto de estrelas muito jovens orbita Sagittarius A*, o buraco negro supermassivo mais próximo da Terra. A presença destas estrelas num ambiente de forças gravitacionais extremas tem intrigado a comunidade científica. Mas, um novo estudo desenvolvido por investigadores da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC), em parceria com a Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP) e a Universidade de Amsterdão, revela agora que a influência gravitacional do próprio buraco negro é responsável por destruir e alterar uma grande parte dos sistemas estelares duplos (sistemas binários) naquela região.
O trabalho, liderado por Rodrigo Silva, investigador e aluno de doutoramento da FCTUC (vinculado ao CFisUC e CENTRA), foi publicado na conceituada revista científica internacional Astronomy & Astrophysics (Letter).
As estrelas que orbitam Sagittarius A*, conhecidas como aglomerado S, são maioritariamente estrelas do tipo B, com idades de alguns milhões de anos. A sua presença nas proximidades de um buraco negro supermassivo constitui um desafio para a Astrofísica, uma vez que as intensas forças gravitacionais nesta região dificultam os processos habituais de formação estelar. Este problema é conhecido como «paradoxo da juventude».
Uma das hipóteses propostas para explicar a origem destas estrelas é a de que se tenham formado no próprio local onde hoje são observadas, a partir da fragmentação de uma camada de gás denso. Neste cenário, compreender a proporção de estrelas que integram sistemas binários pode ajudar a esclarecer as condições em que se formaram e a evolução que tiveram desde então.
Para testar esta hipótese, os investigadores recorreram a simulações numéricas que permitem acompanhar a evolução de sistemas binários sob a influência gravitacional do buraco negro supermassivo mais próximo da Terra. Os resultados mostram que este ambiente pode alterar significativamente a população inicial de estrelas binárias: cerca de 20% dos sistemas simulados são separados pelas forças de maré do buraco negro, 18% acabam por se fundir e 62% sobrevivem como sistemas binários.
Partindo de uma proporção inicial de sistemas binários semelhante à observada noutras populações de estrelas massivas, as simulações apontam para uma proporção final de cerca de 38%. Este valor é compatível com a estimativa observacional de aproximadamente 43%, obtida pelos investigadores para o aglomerado S. A concordância entre os dois valores constitui o principal resultado do estudo e mostra que a reduzida proporção de sistemas binários nesta região pode ser explicada, pelo menos em parte, pelas interações gravitacionais com o buraco negro.
Proporção de sistemas binários aumenta com a distância ao buraco negro supermassivo mais próximo da Terra
A estimativa observacional foi refinada com a inclusão do sistema D9, identificado em 2024 e considerado o primeiro sistema binário conhecido no aglomerado S. A sua descoberta permitiu melhorar as restrições observacionais utilizadas pelos investigadores para calcular a proporção destes sistemas na região central da Galáxia.
As simulações revelam ainda que a proporção de sistemas binários aumenta com a distância ao buraco negro supermassivo mais próximo da Terra, à medida que diminui a intensidade das forças de maré exercidas pelo buraco negro. Esta tendência é também compatível com os limites observa cionais obtidos em estudos anteriores para diferentes distâncias do centro galáctico.
Os resultados apoiam, assim, o cenário de formação no próprio local para as estrelas do aglomerado S. De acordo com esta interpretação, as estrelas poderão ter-se formado nas proximidades de Sagittarius A* e, ao longo do tempo, as interações gravitacionais terão alterado a proporção de sistemas binários inicialmente existente.
O episódio de formação estelar considerado neste cenário pelos autores poderá ainda estar associado a uma fase de atividade do centro galáctico que terá dado origem às bolhas de Fermi, enormes estruturas observadas em raios gama que se estendem acima e abaixo do plano da Via Láctea. Esta possível ligação constitui uma pista adicional para compreender a história de atividade do centro da nossa Galáxia, embora careça de confirmação.
Ao estudar a evolução dos sistemas binários num dos ambientes mais extremos da Via Láctea, os investigadores da FCTUC e FEUP contribuem para compreender melhor não só o comportamento das estrelas nas proximidades de um buraco negro supermassivo, mas também a sua possível origem e a história de formação estelar no centro galáctico.
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Catarina Martinho
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