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  • 30/07/2018

Gravitación

Un test de la relatividad general en el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea

Tras 26 años de observaciones, un estudio mide el desplazamiento al rojo causado por el intenso campo gravitatorio de un agujero negro.

Astronomy & Astrophysics

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Simulación de las órbitas de las estrellas cercanas a Sagitario A*, el agujero negro supermasivo que ocupa el centro de la Vía Láctea. [ESO/L. Calçada/spaceengine.org]

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Casi tres décadas después de que comenzasen las observaciones, los astrónomos han visto cómo el agujero negro supermasivo del centro de la Vía Láctea «estira» la luz de una estrella cercana. El fenómeno, conocido como desplazamiento al rojo gravitacional, es una de las predicciones de la teoría de la relatividad general de Einstein. Hasta ahora, sin embargo, nadie lo había observado en las inmediaciones de un agujero negro.

«Es otro gran paso en nuestra comprensión del agujero negro», señala Heino Falcke, astrónomo de la Universidad de Radboud, en los Países Bajos, que no participó en la investigación. «Es increíble poder ver estos efectos.»

Un equipo dirigido por Reinhard Genzel, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre de Garching, anunció la semana pasada el hallazgo, publicado en la revista Astronomy & Astrophysics. El grupo comprende investigadores de centros en Alemania, Francia, Portugal, Suiza, los Países Bajos, Estados Unidos e Irlanda.

Genzel y sus colaboradores han estado rastreando la estrella en cuestión, conocida como S2, desde principios de la década de los noventa. Gracias a los telescopios del Observatorio Europeo Austral en Chile, los científicos han podido observar el astro en su órbita elíptica en torno al agujero negro, situado a unos 26.000 años luz de la Tierra en la dirección de la constelación de Sagitario. Con una masa de 4 millones de masas solares, este objeto genera el campo gravitatorio más intenso de la galaxia, lo que lo convierte en un lugar idóneo para observar efectos relativistas.

El pasado 19 de mayo, S2 alcanzó su punto de máxima cercanía al agujero negro. Los investigadores rastrearon el camino de la estrella gracias a instrumentos como GRAVITY, un interferómetro que combina luz de cuatro telescopios de ocho metros y que comenzó a funcionar en 2016. «Con nuestras mediciones hemos abierto la puerta a la física de los agujeros negros», asegura Frank Eisenhauer, investigador del Max Planck y uno de los firmantes del trabajo.

GRAVITY midió el movimiento de S2 a través del cielo, que en su momento de máxima velocidad alcanzó los 7600 kilómetros por segundo, o casi el 3 por ciento de la velocidad de la luz. Mientras tanto, un instrumento diferente estudió cuán rápido se acercaba o alejaba S2 de la Tierra al pasar junto al agujero negro. La combinación de estas observaciones permitió a los investigadores detectar el desplazamiento al rojo gravitacional experimentado por la luz del astro. Este efecto, que describe el aumento que sufre la longitud de onda de la luz como consecuencia del intenso campo gravitatorio del agujero negro, constituye una predicción de la teoría de la relatividad general.

«Lo que hemos medido no puede describirse con las leyes de Newton», apunta Odele Straub, astrofísico del Observatorio de París. Las observaciones futuras de S2 podrían confirmar otras predicciones de la teoría de Einstein, como el «arrastre» del espaciotiempo que debería tener lugar en las inmediaciones de un agujero negro en rotación.

«Sus datos son hermosos», afirma Andrea Ghez, astrónoma de la Universidad de California en Los Ángeles y líder de un equipo que, con ayuda de los telescopios Keck de Hawái, compite con el de Genzel para medir la órbita de la estrella en torno al centro galáctico.

S2 tarda 16 años en completar una órbita en torno al agujero negro, por lo que ambos grupos habían estado esperando con impaciencia la aproximación que ha tenido lugar este año. Ghez señala que su equipo esperará aún unos meses hasta publicar sus resultados. De los tres eventos clave que se esperaban para 2018, solo han tenido lugar dos.

En abril, S2 alcanzó su velocidad máxima a lo largo de la línea de visión desde la Tierra. En mayo se situó en el punto de máxima cercanía al centro galáctico. Y, entre finales de agosto y principios de septiembre, su velocidad a lo largo de la línea de visión desde la Tierra será mínima. «Nos ha llevado 20 años llegar hasta aquí», explica Ghez. «Vamos a esperar hasta el final del pasaje, hasta que la estrella termine con lo que vaya a hacer.»

De hecho, S2 ya ha comenzado a frenarse en la dirección que marca su línea de visión desde la Tierra, algo que tanto los investigadores de EE.UU. como los de Europa están observando con detenimiento. «Estamos en mitad del proceso, es muy emocionante», concluye la investigadora.

Alexandra Witze/Nature News

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con el permiso de Nature Research Group.

Más información en la página web del Observatorio Europeo Austral.

Referencia: «Detection of the gravitational redshift in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole», R. Abuter et al. en Astronomy & Astrophysics, vol. 615, art. L15, 26 de julio de 2018.

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