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Las órbitas estelares no siguen la gravedad newtoniana

Se alinean según la Relatividad General, formando un rosetón y no una elipse


Einstein una vez más tenía razón: las órbitas enlazadas de una estrella alrededor de otro cuerpo no están cerradas, como en la Gravedad Newtoniana: forman un rosetón y no una elipse.





Esta representación artística ilustra la precesión de la órbita de la estrella, exagerando su efecto para una visualización más fácil.  Crédito: ESO/L. Calçada
Esta representación artística ilustra la precesión de la órbita de la estrella, exagerando su efecto para una visualización más fácil. Crédito: ESO/L. Calçada
Observaciones realizadas con el Very Large Telescope (VLT) han revelado, por primera vez, que una estrella que orbita el agujero negro supermasivo que hay en el centro de la Vía Láctea, se mueve tal y como lo predijo la teoría general de la relatividad de Einstein.

Su órbita tiene forma de rosetón (y no de elipse, como predijo la teoría de la gravedad de Newton).

Este resultado tan buscado fue posible gracias a las mediciones, cada vez más precisas, llevadas a cabo a lo largo de casi 30 años: han permitido a los científicos desbloquear los misterios del gigante que acecha en el corazón de nuestra galaxia.

Órbitas enlazadas

La Relatividad General de Einstein predice que las órbitas enlazadas de un objeto alrededor de otro no están cerradas, como en la Gravedad Newtoniana, sino que tienen un movimiento de precesión 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. Este avance observacional fortalece la evidencia de que Sagitario A* debe ser un agujero negro supermasivo de cuatro millones de veces la masa del Sol”, explica Reinhard Genzel, Director del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), en Garching (Alemania) y artífice del programa que ha llevado a este resultado.

Laboratorio estelar

Situado a 26.000 años luz del Sol, Sagitario A* y el denso cúmulo de estrellas que hay a su alrededor, proporcionan un laboratorio único para poner a prueba la física en un régimen de gravedad extremo e inexplorado.

Una de estas estrellas, S2, se precipita hacia el agujero negro supermasivo desde una distancia de menos de 20.000 millones de kilómetros (120 veces la distancia entre el Sol y la Tierra), lo que la convierte en una de las estrellas más cercanas que se han encontrado en órbita alrededor del gigante masivo.

En su aproximación más cercana al agujero negro, S2 atraviesa el espacio a casi el tres por ciento de la velocidad de la luz, completando una órbita una vez cada 16 años.

“Tras seguir a la estrella en su órbita durante más de dos décadas y media, nuestras exquisitas mediciones detectan, de manera robusta, la precesión Schwarzschild de S2 en su camino alrededor de Sagitario A*”, añade Stefan Gillessen, quien lideró el análisis de las mediciones publicadas en la revista Astronomy & Astrophysics.

Órbita no circular

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 cual giran.

La órbita de S2, sin embargo, tiene un movimiento de precesión, lo que significa que la ubicación de su punto más cercano al agujero negro supermasivo cambia con cada giro.

Por este motivo, la siguiente órbita gira con respecto a la anterior, creando una forma de rosetón.

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 precesión Schwarzschild, no se había medido nunca antes en una estrella alrededor de un agujero negro supermasivo.

Esta simulación muestra las órbitas de las estrellas muy cerca del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. Crédito: ESO/L. Calçada/spaceengine.org
Esta simulación muestra las órbitas de las estrellas muy cerca del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. Crédito: ESO/L. Calçada/spaceengine.org
Más sobre el misterio

El estudio realizado con el VLT de ESO también ayuda a los científicos a saber más sobre los alrededores del agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia.

En palabras de Guy Perrin y Karine Perraut, científicos franceses del proyecto, “debido a que las mediciones de S2 se ajustan tan bien a la Relatividad General, podemos establecer límites estrictos sobre la cantidad de material invisible (como materia oscura distribuida o posibles agujeros negros más pequeños) que hay alrededor de Sagitario A*. Esto resulta muy interesante para entender la formación y evolución de los agujeros negros supermasivos”.

27 años de observaciones

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 instalados en el VLT de ESO, ubicado en el desierto de Atacama, en Chile.

Con el próximo telescopio de ESO, el Extremely Large Telescope, el equipo cree que serían capaces de ver muchas estrellas más débiles orbitando aún más cerca del agujero negro supermasivo.

“Si tenemos suerte, podríamos captar estrellas lo suficientemente cerca como para que realmente sientan la rotación, el giro, del agujero negro”, señala  Andreas Eckart, de la Universidad de Colonia, otro de los científicos principales del proyecto.
Eso significaría que los astrónomos serían capaces de medir las dos cantidades, el giro y la masa, que caracterizan a Sagitario A* y definen el espacio y el tiempo a su alrededor.

“Eso sería de nuevo un nivel completamente diferente de probar la relatividad”, concluye Eckart.

Referencia

Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole. GRAVITY Collaboration. Astronomy & Astrophysics. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202037813


Jueves, 16 de Abril 2020
ESO/T21
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