Una estrella que orbita un agujero negro acaba de confirmar una predicción hecha por la relatividad general


Una sola estrella llamada S2 dando vueltas alrededor del supermasivo calabozo en el centro de nuestra galaxia acaba de demostrar una predicción de relatividad general en el entorno más extremo en el que podemos probarlo, colocando otra pluma en el límite ya erizado de la teoría.

Al reunir décadas de observaciones, los astrónomos han demostrado que la órbita de S2 no es una elipse de posición fija; más bien, la órbita gira como un dibujo de espirógrafo, un fenómeno conocido como la precesión de Schwarzschild.

Esta es la primera vez que se detecta la precesión de Schwarzschild alrededor de un agujero negro supermasivo, lo que demuestra que es cierto incluso cuando observamos las órbitas de las estrellas en el entorno más gravitacionalmente extremo.

Además, las ecuaciones de relatividad general se pueden utilizar para predecir con precisión los cambios orbitales, y estos cálculos han coincidido exactamente con las observaciones de S2.

"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". explicó el astrofísico Reinhard Genzel del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) en Alemania, y miembro de la Colaboración GRAVEDAD.

"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 ".

S2 se precipita alrededor de Sagitario A * en una órbita larga y elíptica cada 16 años. En su aproximación más cercana, o periastrón, se encuentra dentro de las 17 horas luz del agujero negro, o un poco más de cuatro veces la distancia del Sol a Neptuno.

Eso puede sonar lejano, pero cuando se trata de algo tan masivo como Sagitario A *, está increíblemente cerca, y la patada gravitacional del agujero negro acelera la estrella hasta casi el 3 por ciento de la velocidad de la luz a medida que se balancea. Es una de las estrellas en órbita más cercana en el centro galáctico.

Y este no es el primer rodeo de relatividad de S2. Los astrónomos han estado observando de cerca a la estrella desde la década de 1990. En 2018 la colaboración GRAVEDAD anunciada

que la forma en que la luz de S2 se alargó al acercarse a Sagitario A * fue la confirmación de un efecto predicho por la relatividad general en una de sus pruebas más extremas hasta el momento. Al año siguiente, un segundo equipo. confirmaron estos resultados con su propio papel, escrito usando un conjunto independiente de observaciones.

Ahora, la Colaboración GRAVITY ha utilizado más de 330 mediciones de observaciones que datan de 1992 hasta finales de 2019 para ver si la precesión observada coincide con las predicciones hechas por la relatividad general. Y golpearon a Paydirt.

"Después de seguir a la estrella en su órbita durante más de dos décadas y media, nuestras exquisitas mediciones detectan con firmeza la precesión de Schwarzschild de S2 en su camino alrededor de Sagitario A *". dijo el astrofísico Stefan Gillessen de MPE.

Pero eso no es todo. Para calcular la precesión de S2, se requiere una masa precisa para Sagitario A *. Hasta ahora, la evidencia apunta a una masa de alrededor de 4 millones de veces la masa del Sol. Para ajustarse a la órbita observada, las ecuaciones de relatividad también requerían una masa de alrededor de 4 millones de veces la masa del Sol.

Esta es otra confirmación de la masa de Sagitario A *. Y también les permite a los astrónomos estudiar el espacio alrededor de la órbita. Por ejemplo, si otro objeto masivo, como un agujero negro de masa intermediasi estuvieran cerca, influiría en la órbita. No encontrar esas influencias orbitales significa que podemos restringir lo que hay en el centro galáctico.

"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 distribución materia oscura o posible más pequeño agujeros negros, está presente alrededor de Sagitario A * ", dijeron los astrofísicos Guy Perrin y Karine Perraut del Observatoire de Paris-Site de Meudon y el Observatoire de Grenoble en Francia, respectivamente.

"Esto es de gran interés para comprender la formación y evolución de los agujeros negros supermasivos".

Todo eso, de una sola estrella. Qué maravilloso.

La investigación ha sido publicada en Astronomía y astrofísica.

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