La luz de una estrella que ha pasado junto al gran agujero negro del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, se ha distorsionado tal como predice la teoría de la Relatividad de Einstein. La teoría gravitatoria de Newton, por el contrario, no predice esta distorsión. Con este descubrimiento, anunciado hoy por el Observatorio Austral Europeo (ESO), la teoría de la relatividad ha demostrado por primera vez su validez en las condiciones de gravedad extrema de un agujero negro supermasivo.
Las observaciones se han realizado con el telescopio VLT –iniciales en inglés de Telescopio Muy Grande- que el ESO tiene en Cerro Paranal, a 2.635 metros de altitud en el norte de Chile. Los astrofísicos han seguido el movimiento de la estrella S2 en el momento de máxima aproximación al agujero negro, que ha tenido lugar en mayo de 2018.
La estrella se ha acelerado a una velocidad de 25 millones de kilómetros por hora –o un2,7% de la velocidad de la luz- al acercarse a 20.000 millones de kilómetros del agujero negro. Con una masa de cuatro millones de soles, el agujero negro crea a su alrededor el campo gravitatorio más intenso de la galaxia.
Este campo gravitatorio supone el laboratorio ideal para poner a prueba las predicciones de la teoría de la relatividad en condiciones extremas. De ahí que astrofísicos del ESO iniciaran hace 26 años un proyecto de observación de un pequeño grupo de estrellas que orbitan a alta velocidad alrededor del agujero negro del centro de la galaxia. Los datos presentados hoy suponen la culminación de estos 26 años de trabajo, destaca el ESO en un comunicado.
El telescopio VLT del Observatorio Austral Europeo en Chile, desde donde se han realizado las observaciones
Las últimas observaciones se han centrado en la estrella S2, que completa una órbita alrededor del agujero negro cada 16 años. Al tratarse de una órbita elíptica alargada, la estrella se acelera cuando se acerca al agujero negro y se desacelera cuando se aleja, de modo similar a como hacen los cometas en el sistema solar cuando se acercan y se alejan del sol.
Los astrofísicos del ESO ya observaron S2 en su anterior aproximación al agujero negro en 2003. En esta ocasión, han repetido las observaciones con nuevos instrumentos que les han permitido determinar con precisión tanto la velocidad como la posición de la estrella en cada momento. De este modo, han podido comparar el comportamiento de la estrella con las predicciones de la teoría de la relatividad, de la gravedad newtoniana y de otras teorías de la gravedad.
“Nos hemos estado preparando para este momento de manera intensa durante varios años; queríamos sacar el máximo partido de esta oportunidad única para observar efectos de la relatividad general”, declara en el comunicado Reinhard Genzel, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Garching (Alemania), que ha liderado la investigación.
Los resultados, presentados hoy en la revisa Astronomy & Astrophysics , muestran cómo la luz de la estrella resulta distorsionada por el campo gravitatorio del agujero negro. Concretamente, su longitud de onda se alarga por un efecto llamado corrimiento al rojo gravitacional, que está predicho por la teoría de la relatividad y que no está contemplado en la gravedad newtoniana.
“Cuando la estrella se acerca al agujero negro, parece más roja de lo que es en realidad, ya que las longitudes de onda se desplazan hacia el rojo por la muy fuerte atracción gravitatoria del agujero negro”, explica Guy Perrin, astrónomo del Observatorio de París y coautor de la investigación, en declaraciones recogidas por France Presse.
El descubrimiento evoca los cálculos de la órbita de Mercurio que popularizaron la teoría de la relatividad y la figura de Einstein en 1919. Aquellos cálculos, realizados gracias a un eclipse de sol, demostraron que la relatividad explica mejor que la gravedad newtoniana el movimiento de los planetas en el entorno apacible del sistema solar. La nueva investigación, donde la estrella S2 ocupa el lugar de Mercurio y un agujero negro el del sol, certifica que la relatividad también es válida en el entorno violento del centro de la Vía Láctea.