Una estrella alrededor de un agujero negro da la razón a Einstein

Ilustración artística de la precesión de Schwarzschild. La imagen exagera su efecto para una visualización más fácil. Crédito: ESO/L. Calçada.

La Relatividad General de Albert 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 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* (Sgr A*), en el centro de la Vía Láctea. “Este avance observacional fortalece la evidencia de que Sgr 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, Sgr 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 estrellas más cercanas que se han encontrado en órbita alrededor del gigante masivo. En su aproximación más cercana al agujero negro, S2 atraviesa el espacio a casi el 3% 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.

Órbitas de las estrellas alrededor del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, Sagitario A*. Crédito: ESO/L. Calçada/spaceengine.org.

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 roseta. 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, conocido como precesión Schwarzschild, no se había medido nunca antes en una estrella alrededor de un agujero negro supermasivo.

El estudio realizado con el Very Large Telescope (VLT) de ESO también ayuda a los científicos a saber más sobre los alrededores del agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia. En palabras de Guy Perrin y Karine Perraut, científicos del proyecto: “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”.

Con el próximo telescopio de ESO, el Extremely Large Telescope, el equipo de científicos 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 definen el espacio y el tiempo a su alrededor. “Eso sería de nuevo un nivel completamente diferente de probar la relatividad”, concluye Eckart.

El artículo “Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole” fue publicado el 16 de abril de 2020 en Astronomy & Astrophysics.

Fuente: ESO