Oscurecido por espesas nubes de polvo absorbente, el agujero negro supermasivo más cercano a la Tierra se encuentra a 26,000 años luz de distancia en el centro de la Vía Láctea. Este monstruo de gravedad, que tiene una masa cuatro millones de veces mayor que la del Sol, está rodeado porun pequeño grupo de estrellas que orbitan a gran velocidad. Este entorno extremo, el campo gravitacional más fuerte de nuestra galaxia, lo convierte en el lugar perfecto para probar la física gravitacional, particularmente la teoría general de la relatividad de Einstein.
Nuevas observaciones infrarrojas de los instrumentos GRAVITY, NACO y SINFONI exquisitamente sensibles en el Very Large Telescope VLT de ESO ahora han permitido a los astrónomos seguir a una de estas estrellas, llamada S2, ya que pasó muy cerca del agujero negro durante mayo de 2018 enuna velocidad superior a 25 millones de kilómetros por hora, tres por ciento de la velocidad de la luz, y a una distancia de menos de 20 mil millones de kilómetros.
Estas mediciones extremadamente delicadas fueron realizadas por un equipo internacional liderado por Reinhard Genzel del Instituto Max Planck de física extraterrestre MPE en Garching, Alemania, en conjunto con colaboradores de todo el mundo. Las observaciones forman la culminación de 26 añosserie de observaciones cada vez más precisas del centro de la Vía Láctea utilizando instrumentos ESO. "Esta es la segunda vez que observamos el paso cercano de S2 alrededor del agujero negro en nuestro centro galáctico. Pero esta vez, debido a la instrumentación mucho mejor, pudimos observar la estrella con una resolución sin precedentes ", explica Genzel." Nos hemos estado preparando intensamente para este evento durante varios años, ya que queríamos aprovechar al máximo esta oportunidad única para observar los efectos relativistas generales ''.
Las nuevas mediciones revelan claramente un efecto llamado desplazamiento al rojo gravitacional. La luz de la estrella se extiende a longitudes de onda más largas por el campo gravitacional muy fuerte del agujero negro. Y el estiramiento en la longitud de onda de la luz desde S2 coincide exactamente con lo predicho por la teoría de Einsteinde relatividad general. Esta es la primera vez que se observa esta desviación de las predicciones de la gravedad newtoniana más simple en el movimiento de una estrella alrededor de un agujero negro supermasivo. El equipo utilizó SINFONI para medir el movimiento de S2 hacia y desde la Tierra yel instrumento interferométrico GRAVITY para realizar mediciones extraordinariamente precisas de la posición de S2 para definir la forma de su órbita. GRAVITY crea imágenes tan nítidas que puede revelar el movimiento de la estrella de noche a noche cuando pasa cerca del agujero negro- 26,000 años luz de la Tierra.
'Nuestras primeras observaciones de S2, hace aproximadamente dos años, ya mostraron que tendríamos el laboratorio ideal de agujeros negros', agrega Frank Eisenhauer MPE, investigador co-principal del instrumento GRAVITY. 'Durante el pasaje cercano, nosotrosLogramos no solo seguir con precisión la estrella en su órbita, incluso pudimos detectar el tenue resplandor alrededor del agujero negro en la mayoría de las imágenes. 'Combinando las mediciones de posición y velocidad de SINFONI y GRAVITY, así como observaciones previas utilizando otros instrumentos, el equipo podría compararlos con las predicciones de la gravedad newtoniana, la relatividad general y otras teorías de la gravedad. Como se esperaba, los nuevos resultados son inconsistentes con las predicciones newtonianas y están en excelente acuerdo con las predicciones de la relatividad general. Más de cien años después de que élpublicó su artículo exponiendo las ecuaciones de la relatividad general, Einstein ha demostrado tener razón una vez más.
La contribución de hardware del Instituto de Física I de la Universidad de Colonia fue el desarrollo y la construcción de los dos espectrómetros de GRAVITY. Los espectrómetros analizan la longitud de onda de la luz estelar observada y convierten los fotones recibidos en señales electrónicas. "GRAVITY esun desafío tecnológico. Sin embargo, después de más de dos décadas de investigación astrofísica en las estrellas de alta velocidad en el Centro Galáctico y en el desarrollo de instrumentación astronómica, el esfuerzo ha sido recompensado con un excelente resultado en física experimental ', dice Andreas Eckhart deUniversidad de Colonia.
Se espera que las observaciones continuas revelen otro efecto relativista más adelante en el año, una pequeña rotación de la órbita de la estrella, conocida como precesión de Schwarzschild a medida que S2 se aleja del agujero negro.
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Materiales proporcionado por Universidad de Colonia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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