Las observaciones realizadas con el Very Large Telescope de ESO han revelado por primera vez los efectos predichos por la relatividad general de Einstein sobre el movimiento de una estrella que atraviesa el campo gravitacional extremo cerca del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. Este resultado tan buscado representa el clímax de una campaña de observación de 26 años utilizando los telescopios de ESO en Chile.

Oscurecido por espesas nubes de polvo absorbente, el agujero negro supermasivo más cercano a la Tierra se encuentra a 26 000 años luz de distancia en el centro de la Vía Láctea. Este monstruo gravitacional, que tiene una masa cuatro millones de veces la del Sol, está rodeado por un pequeño grupo de estrellas que orbitan a su alrededor a gran velocidad. Este entorno extremo, el campo gravitacional más fuerte de nuestra galaxia, lo convierte en el lugar perfecto para explorar la física gravitacional. y particularmente para probar la teoría general de la relatividad de Einstein.

Nuevas observaciones infrarrojas de la GRAVEDAD exquisitamente sensible, Los instrumentos SINFONI y NACO en el Very Large Telescope (VLT) de ESO ahora han permitido a los astrónomos seguir una de estas estrellas, llamado S2, ya que pasó muy cerca del agujero negro durante mayo de 2018. En el punto más cercano, esta estrella estaba a una distancia de menos de 20 mil millones de kilómetros del agujero negro y se movía a una velocidad superior a los 25 millones de kilómetros por hora, casi el tres por ciento de la velocidad de la luz.

El equipo comparó las mediciones de posición y velocidad de GRAVITY y SINFONI respectivamente, junto con observaciones previas de S2 utilizando otros instrumentos, con las predicciones de la gravedad newtoniana, relatividad general y otras teorías de la gravedad. Los nuevos resultados son incompatibles con las predicciones newtonianas y están en excelente acuerdo con las predicciones de la relatividad general.

Estas mediciones extremadamente precisas fueron realizadas por un equipo internacional dirigido por Reinhard Genzel del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) en Garching, Alemania, en conjunto con colaboradores de todo el mundo, en el Observatorio de París – PSL, la Université Grenoble Alpes, CNRS, el Instituto Max Planck de Astronomía, la Universidad de Colonia, el portugués CENTRA - Centro de Astro fi sica e Gravitação y ESO. Las observaciones son la culminación de una serie de 26 años de observaciones cada vez más precisas del centro de la Vía Láctea utilizando instrumentos de ESO.

"Esta es la segunda vez que observamos el paso cercano de S2 alrededor del agujero negro en nuestro centro galáctico. Pero esta vez, debido a una instrumentación muy mejorada, pudimos observar la estrella con una resolución sin precedentes, "explica Genzel." Nos hemos estado preparando intensamente para este evento durante varios años, ya que queríamos aprovechar al máximo esta oportunidad única de observar los efectos relativistas generales ".

Las nuevas mediciones revelan claramente un efecto llamado desplazamiento al rojo gravitacional. La luz de la estrella se estira a longitudes de onda más largas por el campo gravitacional muy fuerte del agujero negro. Y el cambio en la longitud de onda de la luz de S2 concuerda precisamente con lo que predice la teoría de la relatividad general de Einstein. Esta es la primera vez que se observa esta desviación de las predicciones de la teoría de la gravedad newtoniana más simple en el movimiento de una estrella alrededor de un agujero negro supermasivo.

El equipo utilizó SINFONI para medir la velocidad de S2 hacia y desde la Tierra y el instrumento GRAVITY en el Interferómetro VLT (VLTI) para realizar mediciones extraordinariamente precisas de la posición cambiante de S2 con el fin de definir la forma de su órbita. GRAVITY crea imágenes tan nítidas que puede revelar el movimiento de la estrella de noche en noche a medida que pasa cerca del agujero negro, a 26 000 años luz de la Tierra.

"Nuestras primeras observaciones de S2 con GRAVITY, hace unos dos años, ya demostró que tendríamos el laboratorio ideal de agujeros negros, "añade Frank Eisenhauer (MPE), Investigador Principal de GRAVITY y el espectrógrafo SINFONI. "Durante el pasaje cerrado, incluso pudimos detectar el tenue resplandor alrededor del agujero negro en la mayoría de las imágenes, lo que nos permitió seguir con precisión la estrella en su órbita, conduciendo finalmente a la detección del corrimiento al rojo gravitacional en el espectro de S2 ".

Más de cien años después de que publicara su artículo en el que establecía las ecuaciones de la relatividad general, Se ha demostrado que Einstein tenía razón una vez más, ¡en un laboratorio mucho más extremo de lo que podría haber imaginado!

Françoise Delplancke, jefe del Departamento de Ingeniería de Sistemas de ESO, explica el significado de las observaciones:"Aquí en el Sistema Solar solo podemos probar las leyes de la física ahora y bajo ciertas circunstancias. Por lo tanto, es muy importante en astronomía verificar también que esas leyes sigan siendo válidas donde los campos gravitacionales son mucho más fuertes . "

Se espera que las observaciones continuas revelen otro efecto relativista muy pronto:una pequeña rotación de la órbita de la estrella, conocida como precesión de Schwarzschild, cuando S2 se aleja del agujero negro.

Xavier Barcons, Director General de ESO, concluye:"ESO ha trabajado con Reinhard Genzel y su equipo y colaboradores en los Estados miembros de ESO durante más de un cuarto de siglo. Fue un gran desafío desarrollar los instrumentos excepcionalmente poderosos necesarios para realizar estas mediciones tan delicadas y desplegarlas en el VLT en Paranal. El descubrimiento anunciado hoy es el resultado muy emocionante de una asociación notable ".