Las observaciones realizadas con el Very Large Telescope (VLT) de ESO han revelado por primera vez que una estrella que orbita el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea se mueve tal como lo predice la teoría de la relatividad general de Einstein. Su órbita tiene forma de roseta y no de elipse como predice la teoría de la gravedad de Newton. Este efecto, conocida como precesión de Schwarzschild, nunca antes se había medido para una estrella alrededor de un agujero negro supermasivo. La impresión de este artista ilustra la precesión de la órbita de la estrella, con el efecto exagerado para facilitar la visualización. Crédito:ESO / L. Calçada
Las observaciones realizadas con el Very Large Telescope (VLT) de ESO han revelado por primera vez que una estrella que orbita el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea se mueve tal como lo predice la teoría de la relatividad general de Einstein. Su órbita tiene forma de roseta y no de elipse como predice la teoría de la gravedad de Newton. Este resultado tan buscado fue posible gracias a mediciones cada vez más precisas durante casi 30 años, que han permitido a los científicos descubrir los misterios del gigante que acecha en el corazón de nuestra galaxia.
"La relatividad general de Einstein predice que las órbitas limitadas de un objeto alrededor de otro no están cerradas, como en Newtonian Gravity, pero avanza hacia delante 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 observacional refuerza la evidencia de que Sagitario A * debe ser un agujero negro supermasivo de 4 millones de veces la masa del Sol. "dice Reinhard Genzel, Director del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) en Garching, Alemania y el artífice del programa de 30 años que condujo a este resultado.
Situado a 26.000 años luz del Sol, Sagitario A * y el denso cúmulo de estrellas que lo rodea proporcionan un laboratorio único para probar la física en un régimen de gravedad extremo e inexplorado. Una de estas estrellas S2, barre hacia el agujero negro supermasivo a una distancia más cercana a menos de 20 mil millones de kilómetros (ciento veinte veces la distancia entre el Sol y la Tierra), convirtiéndola en una de las estrellas más cercanas jamás encontradas en órbita alrededor del gigante masivo. En su aproximación más cercana al agujero negro, S2 se precipita a través del espacio a casi el tres por ciento de la velocidad de la luz, completando una órbita una vez cada 16 años. "Después de seguir a la estrella en su órbita durante más de dos décadas y media, Nuestras exquisitas mediciones detectan de manera robusta la precesión de Schwarzschild de S2 en su camino alrededor de Sagitario A *, "dice Stefan Gillessen del MPE, quien lideró el análisis de las mediciones publicadas hoy en la revista Astronomía y Astrofísica .
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. Precesos de la órbita de S2, lo que significa que la ubicación de su punto más cercano al agujero negro supermasivo cambia con cada turno, de manera que la próxima órbita sea rotada 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, conocida como precesión de Schwarzschild, nunca antes se había medido para una estrella alrededor de un agujero negro supermasivo.
El estudio con el VLT de ESO también ayuda a los científicos a aprender más sobre la vecindad del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia. "Debido a que las mediciones de S2 siguen tan bien la relatividad general, podemos establecer límites estrictos sobre la cantidad de material invisible, como materia oscura distribuida o posibles agujeros negros más pequeños, está presente alrededor de Sagitario A *. Esto es de gran interés para comprender la formación y evolución de los agujeros negros supermasivos, "dicen Guy Perrin y Karine Perraut, los científicos franceses principales del proyecto.
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 en el VLT de ESO, ubicado en el desierto de Atacama en Chile. El número de puntos de datos que marcan la posición y la velocidad de la estrella da fe de la minuciosidad y precisión de la nueva investigación:el equipo realizó más de 330 mediciones en total, usando la GRAVEDAD, Instrumentos SINFONI y NACO. Debido a que S2 tarda años en orbitar el agujero negro supermasivo, fue crucial seguir a la estrella durante cerca de tres décadas, para desentrañar las complejidades de su movimiento orbital.
La investigación fue realizada por un equipo internacional liderado por Frank Eisenhauer del MPE con colaboradores de Francia, Portugal, Alemania y ESO. El equipo conforma la colaboración GRAVITY, el nombre del instrumento que desarrollaron para el interferómetro VLT, que combina la luz de los cuatro telescopios VLT de 8 metros en un súper telescopio (con una resolución equivalente a la de un telescopio de 130 metros de diámetro). El mismo equipo informó en 2018 otro efecto predicho por la Relatividad General:vieron que la luz recibida de S2 se extendía 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. Ahora hemos demostrado que la estrella misma siente los efectos de la relatividad general, "dice Paulo García, investigador del Centro de Astrofísica y Gravitación de Portugal y uno de los científicos principales del proyecto GRAVITY.
Izquierda:Los puntos de datos para la órbita de S2 alrededor de Sgr A * (cruz negra en (0, 0)) fueron recolectados por diferentes instrumentos con el VLT a lo largo de 27 años. Aunque la órbita de la estrella parece casi cerrada en esta imagen, la pequeña precesión de Schwarzschild se detecta significativamente y corresponde a las predicciones teóricas de la relatividad general. Este efecto está muy exagerado en la representación artística anterior. La figura de la derecha muestra que las posiciones de la estrella (puntos turquesas) concuerdan con las predicciones teóricas de la relatividad general (línea roja) dentro de la inexactitud de la medición. La predicción newtoniana (línea discontinua azul) está claramente excluida. Crédito:© MPE
Con el próximo telescopio extremadamente grande de ESO, el equipo cree que podrían ver estrellas mucho más débiles orbitando aún más cerca del agujero negro supermasivo. "Si tenemos suerte, podríamos capturar estrellas lo suficientemente cerca como para que realmente sientan la rotación, El giro, del agujero negro, "dice Andreas Eckart de la Universidad de Colonia, otro de los científicos principales del proyecto. Esto significaría que los astrónomos podrían medir las dos cantidades, giro y 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, "dice Eckart.
Esta investigación fue presentada en el artículo "Detección de la precesión de Schwarzschild en la órbita de la estrella S2 cerca del agujero negro masivo del centro galáctico" para aparecer en Astronomía y Astrofísica .
