Al analizar la extraordinaria fuerza de gravedad del gigantesco agujero negro en el centro de la Vía Láctea en una estrella cercana, los astrónomos han demostrado que las ideas de Einstein sobre el espacio y el tiempo, siguen siendo válidas como la mejor descripción hasta la fecha de cómo funciona la gravedad.
De acuerdo con la teoría de la relatividad general de Einstein, la gravedad resulta de cómo las masas deforman el espacio y el tiempo. Cuanto mayor es la masa de un objeto, más fuerte es su fuerza gravitacional.
Los científicos han probado en gran medida las predicciones de la relatividad general en campos gravitacionales relativamente débiles, como los de la Tierra y el Sistema Solar. En presencia de campos gravitatorios mucho más fuertes, como los de los agujeros negros supermasivos que se cree que acechan en los corazones de prácticamente todas las grandes galaxias, los investigadores podrían descubrir violaciones de la relatividad general que podrían conducir a nuevas teorías que podrían ayudar a explicar misterios cósmicos como la materia oscura y la energía oscura.
"Einstein tiene razón, al menos por ahora", dijo Andrea Ghez en un comunicado, coautora y autora del centro de astronomía e investigación de la Universidad de California en Los Ángeles. "Nuestras observaciones son consistentes con la teoría de la relatividad general de Einstein. Sin embargo, su teoría definitivamente muestra vulnerabilidad. No puede explicar completamente la gravedad dentro de un agujero negro, y en algún momento tendremos que ir más allá de la teoría de Einstein a una teoría de la gravedad más completa. Eso explica lo que es un agujero negro".
En el nuevo estudio, los astrónomos investigaron el agujero negro supermasivo Sagitario A *, a menudo abreviado Sgr A*. Este gigante, ubicado en el núcleo de la Vía Láctea, es aproximadamente 4 millones de veces la masa del Sol, y aproximadamente 23,6 millones de kilómetros de diámetro.
Los científicos monitorearon la estrella S0-2 en 2018, cuando se acercó más a Sagitario A* durante su órbita de 16 años. La estrella se acercó tanto como a 120 unidades astronómicas (UA) del agujero negro, una UA es la distancia promedio entre la Tierra y el Sol, aproximadamente 150 millones de kilómetros, que viajan a una velocidad de hasta un 2,7% de la velocidad de la luz.
Usando el Observatorio Keck, el Observatorio Gemini y el Telescopio Subaru en Hawai, los astrónomos lograron rastrear la órbita completa de S0-2 en 3D. Combinaron estos datos con las mediciones que han realizado en los últimos 24 años.
Los científicos investigaron una predicción de la relatividad general conocida como "corrimiento al rojo gravitacional", en donde la gravedad puede distorsionar la luz. De la misma forma en que una sirena de ambulancia suena más aguda para las personas a medida que el vehículo se dirige hacia ellas y más baja cuando se aleja, la luz que cae hacia un campo gravitatorio se desplaza hacia el extremo azul del espectro, mientras que la luz se escapa de un campo gravitatorio se enrojece, o se desplaza al rojo.
"Estas mediciones señalan el inicio de una era en la que finalmente podemos probar la naturaleza de la gravedad utilizando las órbitas de las estrellas alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia", dijo el autor principal del estudio, Tuan Do, astrofísico de la Universidad de California.
"Esto se anticipó teóricamente, pero es realmente emocionante que finalmente podamos hacerlo", agregó. "Este es un hito en el camino hacia el futuro, pruebas más poderosas de la relatividad general y otras teorías de la gravedad".
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| Imagen de las órbitas de estrellas alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia. Se destaca la órbita de S0-2, la primera estrella que tiene suficientes medidas para probar la teoría de la relatividad general de Einstein en torno a un agujero negro supermasivo. (Crédito de la imagen: Keck / UCLA Galactic Center Group) |
El espectro de luz detectado a partir de S0-2 reveló que el desplazamiento al rojo que experimentó la gravedad extrema de Sagitario A* fue consistente con la relatividad general. Fue "asombroso" ver que las predicciones de la teoría de la relatividad general "funcionan a pesar de que los agujeros negros, y mucho menos los agujeros negros supermasivos, ni siquiera se conocían cuando Einstein creó su teoría", dijo Do.
Esta investigación sobre S0-2 es la primera de muchas investigaciones de relatividad general que los científicos planean realizar sobre estrellas cerca de Sagitario A*. Uno de esos objetivos es S0-102, que tiene la órbita más corta entre las más de 3000 estrellas cerca del agujero negro supermasivo, demorando 11,5 años en rodearlo.
Los científicos detallaron sus hallazgos (25 de julio) en la revista Science.
