Tras observar durante casi 30 años los movimientos de la estrella S2 orbitando en torno al agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia, los astrónomos han confirmado que se mueve como predijo la relatividad general de Einstein. Su órbita tiene forma de rosetón, y no de elipse, como decía la teoría de la gravedad de Newton.
La teoría de la relatividad general de Einstein predice
que las órbitas enlazadas de un objeto alrededor de otro no están cerradas,
como en la gravedad newtoniana, sino que tienen un movimiento
de precesión (cambio en la orientación del eje de rotación de un
cuerpo giratorio) hacia adelante en el plano de movimiento.
Este famoso efecto, visto por primera vez en la órbita del
planeta Mercurio alrededor del Sol, fue la primera evidencia a favor de la
relatividad general. Cien años después, los astrónomos han logrado detectar el
mismo efecto en el movimiento de una estrella que orbita la fuente de
radio compacta Sagitario A*, en el centro de la Vía Láctea.
La órbita de la estrella S2 en torno al agujero negro
supermasivo del centro de nuestra galaxia tiene forma de rosetón como predijo
la relatividad general de Einstein, y no de elipse, como decía la teoría de la
gravedad de Newton
“Este avance observacional fortalece la evidencia de
que Sagitario A* debe ser un agujero negro supermasivo de cuatro
millones de veces la masa del Sol”, afirma Reinhard Genzel, Director del Instituto
Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) en Garching (Alemania) y artífice del
programa de 30 años de duración que ha llevado a este resultado.
Situado a 26.000 años luz del Sol, Sagitario A* y el denso
cúmulo de estrellas que hay a su alrededor, proporcionan un laboratorio único
para poner a prueba la física en un régimen de gravedad extremo e inexplorado.
Una de estas estrellas, S2, se precipita hacia el agujero negro
supermasivo desde una distancia de menos de 20.000 millones de kilómetros (120
veces la distancia entre el Sol y la Tierra), lo que la convierte en una de las
más cercanas que se han encontrado en órbita alrededor del gigante masivo.
En su aproximación más cercana al agujero negro, la estrella
S2 atraviesa el espacio a casi el tres por ciento de la velocidad de la
luz, completando una órbita una vez cada 16 años.
“Tras seguir a la estrella en su órbita durante más de dos
décadas y media, nuestras exquisitas mediciones detectan, de manera robusta, la
precesión Schwarzschild de S2 en su camino alrededor de Sagitario A*”,
declara Stefan Gillessen, quien lideró el análisis de las mediciones
publicadas hoy en la revista Astronomy & Astrophysics.
La mayoría de las estrellas y planetas tienen una órbita no
circular y, por lo tanto, se acercan y se alejan del objeto alrededor del cual
giran. La órbita de S2 tiene un movimiento de precesión, lo que significa que
la ubicación de su punto más cercano al agujero negro supermasivo cambia con
cada giro, de modo que la siguiente órbita gira con respecto a la anterior,
creando una forma de rosetón.
La precesión Schwarzschild
La relatividad general proporciona una predicción precisa de
cuánto cambia su órbita y las últimas mediciones de esta investigación
coinciden exactamente con la teoría. Este efecto es lo que se conoce como precesión
Schwarzschild y no se había medido nunca antes en una estrella alrededor
de un agujero negro supermasivo.
Por primera vez se ha logrado medir la denominada precesión
Schwarzschild en una estrella que gira alrededor de un agujero negro
supermasivo
El estudio, realizado con el telescopio VLT del Observatorio
Europeo Austral (ESO), también ayuda a los científicos a saber más sobre los
alrededores del agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia.
Dos investigadores franceses del proyecto, Guy Perrin y Karine
Perraut, explican: “Debido a que las mediciones de S2 se ajustan tan bien a la
relatividad general, podemos establecer límites estrictos sobre la cantidad de
material invisible (como materia oscura distribuida o posibles agujeros negros
más pequeños) que hay alrededor de Sagitario A*. Esto resulta muy interesante
para entender la formación y evolución de los agujeros negros supermasivos”.
Este resultado es la culminación de 27 años de observaciones
de la estrella S2 utilizando, durante la mayor parte de este tiempo, una flota
de instrumentos instalados en el VLT, ubicado en el desierto de Atacama, en
Chile.
El número de puntos de datos que marcan la posición y la
velocidad de la estrella atestigua la minuciosidad y precisión de esta nueva
investigación. De hecho, el equipo realizó más de 330 mediciones usando
los instrumentos GRAVITY, SINFONI y NACO.
Dado que S2 tarda años en orbitar el agujero negro
supermasivo, fue crucial seguir a la estrella durante casi tres décadas con el
fin de desentrañar las complejidades de su movimiento orbital.
El proyecto GRAVITY
La investigación fue realizada por un grupo internacional
liderado por Frank Eisenhauer, del MPE, con colaboradores de Francia,
Portugal, Alemania y ESO. El equipo conforma la colaboración GRAVITY, que
lleva el nombre del instrumento que desarrollaron para el interferómetro VLT,
que combina la luz de los cuatro telescopios VLT de 8 metros formando un
súpertelescopio (con una resolución equivalente a la de un telescopio de 130
metros de diámetro).
El mismo
equipo dio a conocer, en 2018, otro efecto predicho por la relatividad
general: vieron la luz recibida de S2 estirándose a longitudes de onda más
largas a medida que la estrella pasaba cerca de Sagitario A*. “Nuestro
resultado anterior ha demostrado que la luz emitida por la estrella experimenta
la relatividad general, y ahora que la propia estrella sufre los efectos de esa
relatividad”, afirma Paulo García, investigador del Centro de Astrofísica
y Gravitación de Portugal y uno de los científicos principales del proyecto
GRAVITY.
Con el próximo telescopio de ESO, el Extremely Large
Telescope, el equipo cree que serían capaces de ver muchas estrellas más
débiles orbitando aún más cerca del agujero negro supermasivo. “Si tenemos
suerte, podríamos captar estrellas lo suficientemente cerca como para que
realmente sientan la rotación, el giro, del agujero negro”, declara Andreas
Eckart, de la Universidad de Colonia, otro de los científicos principales del
proyecto.
Esto significaría que los astrónomos serían capaces de medir
las dos cantidades, el giro y la masa, que caracterizan a Sagitario A* y
definir el espacio y el tiempo a su alrededor. “Sería de nuevo un nivel completamente
diferente para probar la relatividad”, adelanta Eckart.
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