La danza estelar de S2 alrededor del agujero negro Sagitario A*

Una de las implicaciones de la teoría de la relatividad general de Einstein es la introducción de un factor de corrección en la teoría de la ley de la gravitación universal de Newton, el cual se hace más patente e influye mayormente, cuando la distancia a la que orbita un objeto alrededor de otro más masivo es muy pequeña.

En realidad, Newton era consciente de que la formulación de su teoría quizá no fuera completamente exacta, determinando que para que esta lo fuera, las órbitas de los planetas debían describir elipses cerradas, y así era como parecía suceder en la práctica. 

 

Isaac Newton, autor de los Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, más conocidos como los Principia, donde describe la ley de la gravitación universal.

 

A principios del siglo XX ya era conocida una pequeña anomalía descubierta en 1859 por Leverrier en la órbita de Mercurio, que consistía en que la elipse de su órbita describía un movimiento de precesión de una manera un poco más rápida de lo que predecía la teoría de la gravitación de Newton, teniendo en cuenta la influencia de los efectos gravitatorios de otros planetas.

Cuando Leverrier descubrió esta anomalía, se llegó a especular sobre varias hipótesis en relación a la causa que la producía. De estas hipótesis, la más llamativa fue la concerniente a la posibilidad de la existencia de un planeta aún más próximo al Sol que el propio Mercurio, al que posteriormente se le denominó Vulcano. 

Pero en 1915, Einstein a través de las ecuaciones formuladas en su teoría de la relatividad general pudo por fin explicar dichas anomalías observadas en la órbita de Mercurio (1). Estas anomalías se observan también en otros planetas, pero se hacen más patentes en Mercurio por su mayor proximidad al Sol.

Más de 100 años después, el equipo internacional liderado por Frank Eisenhauer del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), ha podido corroborar ese mismo comportamiento en la órbita de la estrella S2. Esta estrella es una de las que forman parte de un denso cúmulo de estrellas denominado cúmulo estelar-S que se encuentra alrededor del agujero negro supermasivo Sagitario A*, el cual se localiza en el centro de nuestra galaxia la Vía Láctea. S2 es una de las estrellas observables más próximas a Sagitario A*, estimándose que es 19.5 veces más masiva que nuestro Sol, con un radio 7 veces mayor y con un periodo orbital de 15,56 ± 0,35, alcanzando velocidades de casi el 3 % de la velocidad de la luz en su máxima aproximación al agujero negro.

 

Ilustración de la estrella S2 al pasar extremadamente cerca del agujero negro supermasivo Sagitario A* en 2018. La órbita de S2 se encuentra destacada en rojo y la posición del agujero negro central está marcada con una cruz roja. Crédito: ESO/L. Calçada.

 

Si observáramos con el paso de los años la órbita que describe la estrella S2, veríamos que esta tiene forma de rosetón en vez de elipse. Esto ocurre, porque en cada órbita de S2, el punto más cercano a Sagitario A* va desplazándose ligeramente. A este movimiento se le denomina precesión y fue predicho por Einstein a través de su teoría de la relatividad general. Dicho movimiento de precesión se hace más patente en objetos que orbitan muy próximos a otros más masivos (2).

 

Ilustración de la precesión observada en la órbita de la estrella S2 alrededor de Sagitario A*. Los efectos han sido exagerados para una mejor visualización. Crédito: ESO/L. Calçada

Las investigaciones y observaciones realizadas con el telescopio VLT (Very Large Telescope ) (3) de ESO durante 27 años por el equipo de Frank Eisenhauer, aportan datos de una relevancia crucial para conocer con más detalle, y para contrastar otros datos ya conocidos de ese “monstruo gravitatorio” que es el agujero negro supermasivo Sagitario A *. 

 

(1)  Según Abraham Pais, uno de los biógrafos de Einstein: su éxito con el perihelio de Mercurio supuso con mucho, la experiencia emocional más fuerte en la vida científica de Einstein y, acaso, de toda su vida. 

(2) A este efecto se le conoce con el nombre de precesión de Schwarzschild. Karl Schwarzschild (1873-1916), fue un físico alemán que encontró la solución exacta a las ecuaciones de campo de Einstein.

(3) El instrumento GRAVITY instalado en el Interferómetro del Very Large Telescope de ESO es la herramienta más poderosa para medir las posiciones de la estrella S2 en la actualidad y fue probado con éxito con la estrella S2 en el verano de 2016. 

Referencias:

Einstein y el perihelio de Mercurio. Blog del Instituto de Matemáticas de la Universidad de Sevilla.

Un telescopio de ESO ve la danza de una estrella alrededor de un agujero negro supermasivo, dando la razón a Einstein. Comunicado científico de ESO. 16 de Abril de 2020.

La materia oscura. Autor: Alberto Casas. Editorial: RBA 2015.

 

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