La mayor predicción de Einstein, comprobada por primera vez alrededor de un agujero negro

«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 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», dice Reinhard Genzel, director del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) en Garching, Alemania y el arquitecto del programa de tres décadas que condujo a este resultado. «Este avance observacional fortalece la evidencia de que Sagitario A * debe ser un agujero negro supermasivo de 4 millones de veces la masa del Sol», añade.

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 de menos de 20.000 millones de kilómetros (120 veces la distancia entre el Sol y la Tierra), convirtiéndola en una de las estrellas más cercanas que se haya encontrado en órbita alrededor del gigante masivo. 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.

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 que giran. En el caso de S2, la ubicación de su punto más cercano al agujero negro supermasivo cambia con cada giro, de modo que la siguiente órbita 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 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, que 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.

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 informó en 2018 de otro 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.

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», asegura Eckart.