Una estrella está orbitando el agujero negro de la Vía Láctea y se mueve exactamente como Einstein predijo

En el centro de nuestra galaxia, aproximadamente a 26,000 años luz de la Tierra, se encuentra el Agujero Negro Supermasivo (SMBH) conocido como Sagitario A*. La poderosa gravedad de este objeto y el denso grupo de estrellas a su alrededor proporcionan a los astrónomos un entorno único para probar la física en las condiciones más extremas. En particular, les ofrece la oportunidad de probar la Teoría de la Relatividad General (GR) de Einstein.

Por ejemplo, en los últimos treinta años, los astrónomos han estado observando una estrella en las cercanías de Sagitario A* (S2) para ver si su órbita se ajusta a lo que predice la Relatividad General. Observaciones recientes realizadas con el Very Large Telescope (VLT) de ESO han completado una campaña de observación que confirmó que la órbita de la estrella tiene forma de roseta, lo que demuestra una vez más que la teoría de Einstein era correcta.

El estudio que describe los hallazgos del equipo internacional apareció recientemente en la revista Astronomy & Astrophysics. El equipo responsable estaba formado por miembros de la Colaboración GRAVITY, que incluye investigadores del Observatorio Europeo Austral (ESO), el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), el Instituto Max Planck de Astronomía (MPA), el CERN y múltiples institutos y universidades.

Para descomponerlo, la Relatividad General afirma que la curvatura del espacio-tiempo se altera en presencia de un objeto masivo. Cuando Einstein formalizó esta teoría en 1915, explicaba una serie de cosas, entre las cuales la extraña órbita de Mercurio. A principios del siglo XX, los astrónomos habían notado que el perihelio de Mercurio estaba sujeto a la precesión, es decir, rotó con el tiempo.

La mayoría de las estrellas y los planetas tienen órbitas elípticas, lo que significa que su distancia al objeto que están orbitando cambia. Pero en el caso de la precesión, el punto más cercano en su órbita (perihelio) gira alrededor del objeto mismo. Esto se conoce como una precesión de Schwarzschild que (cuando se visualiza) parece una roseta en lugar de una elipse, con cada órbita individual parecida a un pétalo de la flor.

Como Reinhard Genzel, director del MPE y arquitecto del programa de casi 30 años que condujo a este resultado, explicó en un reciente comunicado de prensa de ESO:

 

La Relatividad General de Einstein predice que las órbitas unidas de un objeto alrededor de otro no están cerradas, como en la gravedad newtoniana, sino que avanzan 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, hemos detectado 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. Este avance de observación fortalece la evidencia de que Sagitario A* debe ser un agujero negro supermasivo de 4 millones de veces la masa del Sol.

 

En el caso de S2, su órbita lo lleva desde una distancia de menos de 20 mil millones de kilómetros, o ciento veinte veces la distancia entre el Sol y la Tierra, lo que la convierte en una de las estrellas más cercanas que se haya encontrado en órbita alrededor de Sagitario A*. En su aproximación más cercana, S2 se precipita por el espacio a casi el 3% de la velocidad de la luz, completando una órbita una vez cada 16 años. Esta larga órbita es la razón por la cual fue necesario monitorear la estrella durante casi treinta años.

Al hacerlo, la Colaboración GRAVITY pudo ver por primera vez una precesión de Schwarzschild alrededor de un SMBH. Stefan Gillessen, un investigador de MPE que dirigió el análisis de las mediciones del equipo, dijo: «Después de seguir a la estrella en su órbita durante más de dos décadas y media, nuestras exquisitas mediciones detectan con firmeza la precesión Schwarzschild de S2 en su camino alrededor de Sagitario A*».

Estos resultados confirman la relatividad general, que predice con precisión cuánto debería cambiar la órbita de S2 con el tiempo. El estudio con el VLT también es una bendición para los astrónomos porque les permite aprender más sobre lo que está sucediendo en las cercanías de Sagitario A*, lo que podría arrojar luz sobre la evolución de nuestra galaxia y otros misterios cosmológicos.

La colaboración GRAVITY lleva el nombre del instrumento que desarrollaron para el interferómetro VLT, que combina la luz de los cuatro telescopios VLT de 8 m en un super telescopio con una resolución equivalente a la de 130 m. Este mismo equipo fue responsable del estudio de 2018 que confirmó la Relatividad General al mostrar cómo la luz de S2 se extendía a longitudes de onda más largas cuando pasaba cerca de Sagitario A*.

Mirando hacia el futuro, el equipo cree que podrán ver muchas estrellas más débiles que orbitan alrededor de Sagitario A* utilizando el telescopio extremadamente grande (ELT). Andreas Eckart, investigador de la Universidad de Colonia y uno de los principales científicos del proyecto, cree que podrán medir el giro y la masa de Sagitario A*, caracterizándolo y definiendo la naturaleza del espacio-tiempo a su alrededor.

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