Descoberta do DESI rastreia estrela de alta velocidade até o buraco negro central da Via Láctea

Exilada Galáctica: Descoberta do DESI Rastreia Estrela de Alta Velocidade até o Buraco Negro Central da Via Láctea

Nas profundezas do coração da Via Láctea, uma dança gravitacional entre um sistema estelar binário e o buraco negro supermassivo Sagittarius A* (Sgr A*) terminou em uma expulsão violenta. Milhões de anos depois, os astrônomos identificaram a sobrevivente deste encontro: uma refugiada estelar chamada DESI-312. Usando os dados mais recentes do Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), uma equipe de pesquisadores confirmou que esta estrela está fugindo do Centro Galáctico a uma velocidade impressionante de quase 700 quilômetros por segundo. Esta descoberta, detalhada em um novo estudo liderado por Manuel Cavieres e uma equipe internacional de astrofísicos, fornece uma janela rara e desimpedida para a composição química da região mais inacessível da nossa galáxia.

A Descoberta da DESI-312

A identificação da DESI-312 representa um marco significativo no campo da "arqueologia galáctica". Estrelas de hipervelocidade (HVSs, na sigla em inglês) são excepcionalmente raras; apesar dos bilhões de estrelas na Via Láctea, apenas algumas dezenas de candidatas foram identificadas, e menos ainda foram definitivamente ligadas ao Centro Galáctico. A descoberta foi possibilitada pelo primeiro lançamento de dados (DR1) do levantamento DESI, que fornece espectroscopia de alta qualidade para milhões de objetos celestes. Ao combinar os dados espectroscópicos do DESI com a astrometria de precisão da missão Gaia, os pesquisadores conseguiram mapear uma trajetória completa no espaço de fase em seis dimensões para a estrela, incluindo sua posição 3D e velocidade 3D.

O estudo, de autoria de Manuel Cavieres, Sergey E. Koposov, Elena Maria Rossi e colegas da Leiden University, da University of Edinburgh e da University of Cambridge, destaca a precisão necessária para tal achado. "Usando espectroscopia do DESI e astrometria do Gaia, realizamos uma busca hexadimensional por HVSs e identificamos uma candidata convincente... cuja trajetória ligada pode ser confiavelmente rastreada até o Centro Galáctico", observam os pesquisadores. Ao contrário de muitas outras estrelas de alta velocidade que se movem aleatoriamente pelo halo, o caminho da DESI-312 aponta como uma flecha de volta à vizinhança imediata de Sgr A*, o buraco negro de quatro milhões de massas solares no núcleo da nossa galáxia.

O Mecanismo de Hills: Um Estilingue Cósmico

O mecanismo por trás de velocidades tão extremas é conhecido como mecanismo de Hills, proposto pelo astrônomo Jack Hills em 1988. O processo ocorre quando um sistema estelar binário — duas estrelas orbitando uma à outra — se aproxima demais de um buraco negro supermassivo. As imensas forças de maré do buraco negro podem despedaçar o binário. Uma estrela é capturada em uma órbita apertada ao redor do buraco negro, enquanto sua companheira é lançada para fora a velocidades incríveis, muitas vezes excedendo a velocidade de escape da galáxia.

Para a DESI-312, os pesquisadores calcularam uma velocidade de ejeção de 698 (+35/−27) km/s. Esta velocidade é consistente com as previsões do mecanismo de Hills, confirmando que a estrela foi provavelmente "chutada" por Sgr A*. Embora algumas estrelas possam atingir altas velocidades através de explosões de supernovas em sistemas binários ou encontros dinâmicos em aglomerados estelares densos, essas estrelas "fugitivas" raramente atingem as velocidades observadas na DESI-312. Os dados sugerem que apenas um encontro com um buraco negro supermassivo poderia fornecer a energia cinética necessária para propelir uma estrela de massa solar para o halo interno em tal ritmo.

Segredos Químicos do Núcleo Galáctico

Um dos aspectos mais impressionantes da DESI-312 é sua assinatura química. A análise espectroscópica revelou que a estrela possui "metalicidade supersolar", com uma razão ferro-hidrogênio ([Fe/H]) de 0,27 ± 0,09. Isso significa que a estrela é significativamente mais rica em elementos pesados do que o nosso próprio Sol. Essa composição química é uma evidência crítica sobre sua origem. A maioria das estrelas encontradas no halo galáctico — as franjas externas onde a DESI-312 reside atualmente — são antigas e "pobres em metais", tendo se formado no início da história do universo.

Uma estrela com alta metalicidade como a DESI-312 é uma anomalia no halo, mas está perfeitamente em casa no Centro Galáctico. O núcleo da Via Láctea é uma região de intensa formação estelar e enriquecimento químico. Ao carregar essa impressão digital química consigo, a DESI-312 atua como uma "mensageira estelar". Como o Centro Galáctico é fortemente obscurecido por espessas nuvens de gás e poeira, é notoriamente difícil para os astrônomos medirem as abundâncias químicas de estrelas localizadas ali. A DESI-312, tendo escapado desse manto de poeira, oferece uma oportunidade rara de estudar a composição da Galáxia interna a partir do ponto de observação muito mais claro do halo.

Mapeando a Rota de Fuga

Em sua análise, Cavieres e sua equipe descartaram meticulosamente locais de nascimento alternativos para a estrela. Eles consideraram se a DESI-312 poderia ter sido ejetada do disco galáctico ou de um aglomerado globular. No entanto, a energia orbital da estrela e seu perfil químico específico não correspondiam a esses cenários. Estrelas ejetadas do disco geralmente têm velocidades mais baixas e diferentes proporções de elementos, enquanto os aglomerados globulares são geralmente compostos por populações muito mais antigas e pobres em metais.

A análise da trajetória mostra que a DESI-312 está atualmente no "halo interno", o que significa que ela ainda está gravitacionalmente ligada à Via Láctea, embora em uma órbita muito alongada. Isso a torna uma estrela de hipervelocidade "ligada". Embora possa não deixar a galáxia inteiramente, sua jornada das regiões de sub-parsec ao redor de Sgr A* até sua localização atual a milhares de anos-luz de distância permite que os cientistas investiguem o "potencial galáctico" — a distribuição de massa, incluindo a matéria escura, por toda a Via Láctea. O caminho que uma estrela percorre é ditado pela gravidade de tudo por que ela passa, tornando a DESI-312 uma sonda de alta velocidade da arquitetura invisível da galáxia.

Uma Nova Classe de Estrela de Hipervelocidade

Historicamente, a maioria das HVSs identificadas tem sido de estrelas azuis, quentes e massivas (estrelas do tipo A e B). Essas estrelas têm vida curta, o que fornece um "relógio" para seu tempo de viagem, mas torna difícil a análise atmosférica detalhada. A DESI-312 é diferente. É uma estrela de aproximadamente uma massa solar, atualmente na sequência principal ou no início do ramo das subgigantes. Como uma estrela do tipo solar, sua atmosfera é mais estável e suas linhas espectrais são mais fáceis de interpretar, permitindo uma decomposição muito mais detalhada de seus elementos químicos.

Esta descoberta destaca o crescente poder do levantamento DESI. Embora a missão Gaia tenha revolucionado nossa compreensão das posições e movimentos estelares, o Gaia sozinho muitas vezes carece da profundidade espectroscópica para determinar a química de uma estrela ou a velocidade radial precisa para objetos mais fracos. O DESI preenche essa lacuna, observando milhões de estrelas e fornecendo a "terceira dimensão" do movimento e a "quarta dimensão" da história química. À medida que a Colaboração DESI continua a liberar dados, os astrônomos esperam encontrar mais dessas "exiladas galácticas", cada uma contando uma história diferente da história violenta do núcleo da nossa galáxia.

O Futuro da Arqueologia Galáctica

A descoberta da DESI-312 é apenas o começo do que os pesquisadores esperam que seja uma era de ouro para a pesquisa de HVS. Com o advento de levantamentos espectroscópicos multiobjetos como DESI, WEAVE e 4MOST, espera-se que o censo de estrelas de alta velocidade cresça de um punhado de anomalias para uma população estatisticamente significativa. Cada nova descoberta ajuda a restringir a taxa na qual o Sgr A* interrompe sistemas binários, o que, por sua vez, informa nossa compreensão da densidade de estrelas e buracos negros no Centro Galáctico.

Além disso, o estudo das taxas de ejeção de estrelas como a DESI-312 fornece dados cruciais para prever outros fenômenos, como Eventos de Desmembramento por Maré (TDEs, na sigla em inglês) — onde uma estrela é triturada por um buraco negro — e a emissão de ondas gravitacionais de "espirais de razão de massa extrema" (EMRIs). Como concluem Sergey E. Koposov e a equipe, essas fugitivas estelares são mais do que apenas curiosidades; elas são ferramentas essenciais para a compreensão dos ambientes mais extremos do nosso universo. Por enquanto, a DESI-312 continua sua jornada solitária pelo halo, uma testemunha silenciosa de um encontro gravitacional que aconteceu há milhões de anos no coração da Via Láctea.