Las estrellas que orbitan un agujero negro supermasivo muestran que ¡Einstein tenía razón otra vez!

En el centro de nuestra galaxia, a unos 26.000 años luz de la Tierra, se encuentra el Agujero Negro Supermasivo (SMBH) conocido como Sagitario A*. Con 44 millones de kilómetros de diámetro, este objeto es aproximadamente 4 millones de veces más masivo que nuestro Sol y ejerce una tremenda atracción gravitacional. Dado que los astrónomos no pueden detectar los agujeros negros directamente, su existencia se ha determinado en gran medida por el efecto que tiene sobre el pequeño grupo de estrellas que lo orbitan.

En este sentido, los científicos han descubierto que observar a Sagitario A* es una forma efectiva de probar la física de la gravedad. Por ejemplo, en el curso de la observación de estas estrellas, un equipo de astrónomos alemanes y checos notó efectos sutiles causados ​​por la gravedad del agujero negro. Al hacerlo, pudieron confirmar una vez más algunas de las predicciones hechas por la famosa Teoría de la Relatividad General de Einstein.

Su estudio, titulado “Investigando el Movimiento Relativista de las Estrellas Cerca del Agujero Negro Supermasivo en el Centro Galáctico“, fue publicado recientemente en el Diario astrofísico. Como se indica en el transcurso del mismo, el equipo aplicó nuevas técnicas de análisis a las observaciones existentes realizadas por el Observatorio Europeo Austral (ESO) Telescopio muy grande (VLT) y otros telescopios en el transcurso de los últimos 20 años.

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Impresión artística de parte de la órbita de S2 alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. Crédito: ESO/M. Parsa/L. Calçada

A partir de esto, midieron las órbitas de las estrellas que orbitan Sagitario A* para probar las predicciones hechas por la física newtoniana clásica (es decir, la Gravitación Universal), así como las predicciones basadas en la relatividad general. Lo que encontraron fue que una de las estrellas (S2) mostraba desviaciones en su órbita que desafiaban a la primera, pero eran consistentes con la segunda.

Esta estrella, que tiene 15 veces la masa de nuestro Sol, sigue una órbita elíptica alrededor del SMBH, completando una única órbita en unos 15,6 años. En su punto más cercano, llega a 17 horas luz del agujero negro, lo que equivale a 120 veces la distancia entre el Sol y la Tierra (120 UA). Esencialmente, el equipo de investigación notó que S2 tenía la órbita más elíptica de todas las estrellas que orbitan el Agujero Negro Supermasivo.

También notaron un ligero cambio en su órbita: un pequeño porcentaje en la forma y alrededor de un sexto de grado en la orientación. Esto solo podría explicarse como debido a los efectos relativistas causados ​​por la intensa gravedad de Sagitario A*, que provoca una precesión en su órbita. Lo que esto significa es que el bucle elíptico de la órbita de S2 gira alrededor del SMBH con el tiempo, con su punto de perihelio apuntando en diferentes direcciones.

Curiosamente, esto es similar al efecto que se observó en la órbita de Mercurio, también conocido como. la «precesión del perihelio de Mercurio”- a finales del siglo XIX. Esta observación desafió la mecánica newtoniana clásica y llevó a los científicos a concluir que la teoría de la gravedad de Newton estaba incompleta. También es lo que impulsó a Einstein a desarrollar su teoría de la Relatividad General, que ofrecía una explicación satisfactoria del problema.

Si se confirman los resultados de su estudio, esta será la primera vez que los efectos de la relatividad general se calculan con precisión utilizando las estrellas que orbitan un agujero negro supermasivo. Marzieh Parsa, estudiante de doctorado en la Universidad de Colonia, Alemania y autora principal del artículo, estaba comprensiblemente emocionada con estos resultados. Como dijo en un ESO Comunicado de prensa:

El Centro Galáctico es realmente el mejor laboratorio para estudiar el movimiento de las estrellas en un entorno relativista. Me sorprendió lo bien que podíamos aplicar los métodos que desarrollamos con estrellas simuladas a los datos de alta precisión de las estrellas internas de alta velocidad cercanas al agujero negro supermasivo.

Este estudio fue posible gracias a la alta precisión de los instrumentos del VLT; en particular, la óptica adaptativa en el NACO cámara y el SINFONI espectrómetro de infrarrojo cercano. Estos instrumentos fueron vitales para rastrear el acercamiento y la retirada de la estrella del agujero negro, lo que permitió al equipo determinar con precisión la forma de su órbita y, por lo tanto, determinar los efectos relativistas en la estrella.

Además de la información más precisa sobre la órbita de S2, el análisis del equipo también proporcionó estimaciones nuevas y más precisas de la masa de Sagitario A*, así como su distancia a la Tierra. Esto podría abrir nuevas vías de investigación para este y otros agujeros negros supermasivos, así como experimentos adicionales que podrían ayudar a los científicos a aprender más sobre la física de la gravedad.

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Las partes centrales de nuestra galaxia, la Vía Láctea, observadas en el infrarrojo cercano con el instrumento NACO del Very Large Telescope de ESO. Crédito: ESO/MPE/S. Gillessen et al.

Los resultados también brindaron una vista previa de las mediciones y pruebas que se llevarán a cabo el próximo año. En 2018, la estrella S2 se acercará mucho a Sagitario A*. Científicos de todo el mundo aprovecharán esta oportunidad para probar el GRAVEDAD instrumento, un instrumento de segunda generación que se instaló recientemente en el interferómetro del Very Large Telescope (VLTI).

Desarrollado por un consorcio internacional liderado por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, este instrumento ha estado realizando observaciones del Centro Galáctico desde 2016. En 2018, se utilizará para medir la órbita de S2 con una precisión aún mayor, lo que se espera que sea muy revelador. En este momento, los astrofísicos buscarán realizar mediciones adicionales de los efectos relativistas generales del SMBH.

Más allá de eso, también esperan detectar desviaciones adicionales en la órbita de la estrella que podrían insinuar la existencia de una nueva física. Con las herramientas correctas entrenadas en el lugar correcto y en el momento correcto, los científicos podrían descubrir que incluso las teorías de la gravedad de Einstein no estaban del todo completas. Pero mientras tanto, ¡parece que el difunto y gran físico teórico tenía razón otra vez!

Y asegúrese de ver este video del estudio reciente, cortesía de ESO:

Otras lecturas: ESO, Diario astrofísico

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