O Telescópio Espacial James Webb revelou uma propriedade inesperada no gás que circunda o buraco negro supermassivo da Via Láctea: ele contém aproximadamente 1,8 vezes a concentração de elementos pesados que o Sol. A descoberta oferece pistas sobre por que Sagitário A*, como é chamado o buraco negro, consome material muito mais lentamente do que outros gigantes cósmicos.
Buracos negros supermassivos normalmente devoram o material que chega perto, mas Sagitário A* se comporta de forma diferente: absorve material lentamente e em quantidade menor que a de buracos negros supermassivos de outras galáxias. Entender essa anomalia exige examinar as propriedades do gás, da poeira e das estrelas que orbitam ao seu redor.
Como o Telescópio fez a descoberta
Nicole Ford, estudante de doutorado no laboratório de Daryl Haggard, da Universidade McGill, e pesquisadora do Instituto Trottier, coordenou o estudo com colaboradores do Centro de Astrofísica, dirigido por Harvard e pelo Smithsonian. O instrumento de infravermelho médio do Webb examinou o gás em uma região a cerca de um terço de ano-luz do buraco negro.
Os astrônomos conseguiram separar o gás medindo a velocidade de seis elementos: ferro, níquel, enxofre, argônio, neônio e oxigênio. Cada nuvem se move em sua própria velocidade — a região chamada Bar se desloca lentamente em nossa linha de visão, enquanto o braço curvo chamado Northern Arm se aproxima de nós a cerca de 270 quilômetros por segundo.
Pequenos aglomerados chegam a 570 quilômetros por segundo e podem fornecer o principal combustível que o buraco negro eventualmente consumirá.
O papel das estrelas mortas na composição do gás
Neônio e argônio foram os elementos mais fáceis de medir porque não se prendem aos grãos de poeira, permitindo que Webb os detectasse com clareza. Os dados mostraram que ambos aparecem com cerca de 1,8 vezes o nível solar, variando entre 1,4 e 2,2 vezes dependendo da nuvem e do local medido.
Pesquisadores acreditam que estrelas massivas que explodiram próximo ao buraco negro provavelmente forneceram esse excesso de elementos ao longo do tempo.
Enxofre, ferro e níquel apresentaram desafios maiores para a medição porque alguns de seus átomos ficam presos dentro de grãos de poeira. Estudos anteriores do centro galáctico mais amplo já haviam detectado enriquecimento semelhante, mas o Webb adicionou capacidade sem precedentes: medir elemento por elemento dentro de uma fração de ano-luz do próprio buraco negro.
Os dados coletados em abril e setembro de 2024 incluíram exposições que duraram mais de 22 horas. Sagitário A* fica a cerca de 26 mil anos-luz de distância. É o buraco negro gigante mais próximo de nós e, consequentemente, o mais fácil de estudar.
Essa proximidade relativa permitiu ao Webb investigar a alimentação anormalmente lenta do buraco negro e mostrar como a composição química do gás ao seu redor influencia seu consumo de material.
Quando o enriquecimento de elementos pesados não garante consumo rápido
A descoberta do Webb mostra uma exceção importante: nem sempre mais elementos pesados significam mais consumo pelo buraco negro. Sagitário A* possui 1,8 vezes a concentração solar de elementos pesados — o que deveria favorecer o esfriamento e aglomeração do gás — mas continua devorando material muito mais lentamente do que outros buracos negros supermassivos em galáxias diferentes.
Isso indica que a composição química do gás é apenas um dos fatores na equação. A velocidade do material, a quantidade de poeira, o movimento das nuvens de gás e a influência das estrelas próximas também moldam quanto combustível o buraco negro consegue atrair e consumir a qualquer momento.
O papel das estrelas massivas explodidas na história do buraco negro
O excesso de elementos pesados detectado ao redor de Sagitário A* é uma herança de explosões estelares antigas. Estrelas massivas que explodiram próximo ao buraco negro ao longo do tempo depositaram esse material enriquecido no gás circundante. Neônio e argônio, os elementos mais fáceis de medir pelo Webb, são produzidos dentro de estrelas massivas e nas explosões que as destroem.
Essa composição rica em metais liga a história atual do buraco negro às gerações anteriores de estrelas. O material observado hoje resulta, em parte, de explosões estelares passadas e registra a evolução química do ambiente imediato do buraco negro supermassivo mais próximo de nós.
