¡Einstein tenía razón! El VLT halla una estrella orbitando un agujero negro supermasivo

Este hallazgo en mitad de la Vía Láctea, hecho por el Very Large Telescope (VLT) de ESO, demuestra la Teoría General de la Relatividad.

17 abril 2020

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 general de la relatividad de Einstein. Su órbita tiene forma de roseta y no como una elipse como lo predice la teoría de la gravedad de Newton. Este resultado largamente 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 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 el 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 ", dice Reinhard Genzel, Director del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) en Garching, Alemania y el arquitecto del programa de 30 años de duración que conducido a este resultado.

Ubicado a 26 000 años luz del Sol, Sagitario A * y el denso grupo de estrellas a su alrededor proporcionan un laboratorio único para probar la física en un régimen de gravedad de lo contrario inexplorado. Una de estas estrellas, S2, se dirige 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 que se ha encontrado en órbita alrededor del súper gigante. En su aproximación más cercana al agujero negro, S2 se precipita por el 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 con firmeza la precesión Schwarzschild de S2 en su camino alrededor de Sagitario A *", dice Stefan Gillessen, del MPE, quien dirigió el análisis de las mediciones publicadas hoy en la revista Astronomy & Astrophysics .

La mayoría de las estrellas y planetas tienen una órbita no circular y, por lo tanto, se acercan y se alejan del objeto por el que 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 giro, de modo que la siguiente órbita se 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 la precesión de Schwarzschild, nunca antes se había medido para una estrella alrededor de un agujero negro supermasivo.

El estudio con 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 muy bien la Relatividad general, podemos establecer límites estrictos sobre la cantidad de material invisible, como la 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 principales científicos franceses 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. La cantidad de puntos de datos que marcan la posición y la velocidad de la estrella atestigua la minuciosidad y precisión de la nueva investigación: el equipo realizó más de 330 mediciones en total, utilizando los instrumentos GRAVITY, SINFONI y NACO. Debido a que S2 tarda años en orbitar el agujero negro supermasivo, fue crucial seguir a la estrella durante casi tres décadas para desentrañar las complejidades de su movimiento orbital.

La investigación fue realizada por un equipo internacional dirigido por Frank Eisenhauer del MPE con colaboradores de Francia, Portugal, Alemania y ESO. El equipo compone la colaboración GRAVITY, llamada así por el 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 reportó en 2018Otro efecto predicho por la Relatividad General: vieron que la luz recibida de S2 se estiraba a longitudes de onda más largas cuando 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.

Estrella orbiatndo un agujero negro

Izquierda: Los puntos de datos para la órbita de S2 alrededor de Sgr A * (cruz negra en (0,0)) fueron recopilados por diferentes instrumentos con el VLT durante 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 imprecisión de la medición. La predicción newtoniana (línea discontinua azul) está claramente excluida. / Crédito/ © MPE

 Con el próximo Extremely Large Telescope 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 principales científicos del proyecto. Esto significaría que los astrónomos podrían medir las dos cantidades, espín y masa, que caracterizan a Sagitario A * y definir el espacio y el tiempo a su alrededor. "Ese sería nuevamente un nivel completamente diferente de prueba de relatividad", dice Eckart.

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