Científicos han podido confirmar por primera vez, gracias a las observaciones llevadas a cabo con el telescopio VLT del Observatorio Europeo Austral (ESO), los efectos predichos por la Teoría de la Relatividad General de Einstein sobre el movimiento de una estrella que pasa por el intenso campo gravitatorio que hay cerca del agujero negro supermasivo del centro de la Vía Láctea.
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 gravitatorio, con una masa cuatro millones de veces la del Sol, está rodeado por un pequeño grupo de estrellas orbitando a su alrededor a gran velocidad. Este ambiente extremo (el campo gravitatorio más potente de la Vía Láctea), es el lugar perfecto para explorar la física de la gravedad y, en concreto, para probar la Teoría de la Relatividad General de Einstein.
Ahora, nuevas observaciones infrarrojas llevadas a cabo con los instrumentos GRAVITY, SINFONI y NACO, extremadamente sensibles e instalados en el VLT de ESO, han permitido a los astrónomos seguir a una de estas estrellas, llamada S2, a medida que pasaba muy cerca del agujero negro durante mayo de 2018. En el punto más cercano, esta estrella estaba a una distancia de menos de 20.000 millones de kilómetros del agujero negro y se movía a una velocidad superior a 25 millones de kilómetros por hora, casi un tres por ciento de la velocidad de la luz.
El equipo comparó las medidas de posición y velocidad de GRAVITY y SINFONI respectivamente, junto con observaciones anteriores de S2 con otros instrumentos, con las predicciones de la gravedad newtoniana, la relatividad general y otras teorías de la gravedad. Los resultados no concordaron con las predicciones newtonianas pero encajaron perfectamente con las predicciones de la relatividad general.
Estas medidas extremadamente precisas fueron hechas por un equipo internacional liderado por Reinhard Genzel, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) en Garching (Alemania), junto con colaboradores del Observatorio de París-PSL; la Universidad Grenoble Alpes; el CNRS; el Instituto Max Planck de Astronomía; la Universidad de Colonia; el Centro de Astrofísica y Gravitación portugués (CENTRA) y ESO.
CAMPAÑA DE OBSERVACIÓN DE 26 AÑOS
Este resultado tan buscado representa el punto culminante de una serie de observaciones del centro de la Vía Láctea, las más precisas hechas nunca, llevadas a cabo a lo largo de 26 años con instrumentos de ESO.
"Es la segunda vez que hemos observado el paso cercano de S2 alrededor del agujero negro en nuestro centro galáctico. Pero, esta vez, debido a que contamos con mejor instrumentación, pudimos observar la estrella con una resolución sin precedentes", explica Genzel, que asegura que los científicos se han estado preparando "intensamente" para este evento durante varios años, ya que querían aprovechar al máximo esta "oportunidad única" de observar los efectos relativistas generales.
Las nuevas medidas revelan claramente un efecto llamado 'desplazamiento al rojo gravitacional'. La luz de la estrella se desplaza a longitudes de onda más largas por el fuerte campo gravitatorio del agujero negro. Y el cambio en la longitud de onda de la luz de S2 coincide precisamente con la predicha por la Teoría de la Relatividad General de Einstein. Es la primera vez que esta desviación de las predicciones de la teoría newtoniana de la gravedad, más simple, se ha observado en el movimiento de una estrella alrededor de un agujero negro supermasivo.
El equipo utilizó SINFONI para medir la velocidad de S2 acercándose y alejándose de la Tierra, y el instrumento GRAVITY, instalado en el VLTI (el Interferómetro del VLT) para hacer medidas extraordinariamente precisas de la posición cambiante de S2 con el fin de definir la forma de su órbita. GRAVITY crea imágenes tan precisas que puede revelar el movimiento de la estrella de noche a noche a medida que se acerca al agujero negro (a 26.000 años luz de la Tierra).
"Nuestras primeras observaciones de S2 con GRAVITY, hace unos dos años, ya demostraron que tenemos el agujero negro ideal para usarlo como laboratorio", agrega el investigador principal de GRAVITY y del espectrógrafo SINFONI, Frank Eisenhauer. "Durante el acercamiento, podíamos incluso detectar el débil resplandor alrededor del agujero negro en la mayoría de las imágenes, lo que nos permitió seguir a la estrella en su órbita con mucha precisión: esto, en última instancia, nos llevó a la detección del desplazamiento al rojo gravitacional en el espectro de S2", subraya.
La jefa del Departamento de Ingeniería de Sistemas en ESO, Françoise Delplancke, explica el significado de las observaciones: "Aquí, en el Sistema Solar, sólo podemos probar las leyes de la física ahora y bajo ciertas circunstancias. Por lo tanto, en astronomía, es muy importante comprobar que estas leyes también son válidas allí donde los campos gravitatorios son mucho más fuertes".
Según informa ESO, se siguen realizando observaciones y se espera que estas confirmen muy pronto otro efecto relativista --una pequeña rotación de la órbita de la estrella conocida como precesión de Schwarzschild-- a medida que S2 se aleja del agujero negro.
