En 1915, Albert Einstein publicó su famosa Teoría de la relatividad general, que proporcionaba una descripción unificada de la gravedad como una propiedad geométrica del espacio y el tiempo. Esta teoría dio origen a la teoría moderna de la gravitación y revolucionó nuestra comprensión de la física. A pesar de que ha pasado un siglo desde entonces, los científicos siguen realizando experimentos que confirman las predicciones de su teoría.
Gracias a las recientes observaciones realizadas por un equipo de astrónomos internacionales (conocido como la colaboración GRAVITY), los efectos de la Relatividad General se han revelado utilizando un agujero negro supermasivo (SMBH) por primera vez. Estos hallazgos fueron la culminación de una campaña de 26 años de observaciones del SMBH en el centro de la Vía Láctea (Sagitario A *) utilizando los instrumentos del Observatorio Europeo Austral (ESO).
El estudio que describe los hallazgos del equipo apareció recientemente en la revista. Astronomía y astrofísica, titulado "Detección del desplazamiento al rojo gravitacional en la órbita de la estrella S2 cerca del centro del agujero negro masivo del centro galáctico". El estudio fue dirigido por Roberto Arbuto de la ESO e incluyó miembros de la colaboración GRAVITY, dirigida por Reinhard Genzel del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) e incluye astrónomos de múltiples universidades e institutos de investigación europeos.
En aras de su estudio, el equipo se basó en los datos recopilados por los instrumentos extremadamente sensibles y de alta precisión del VLT. Estos incluyeron el instrumento astrométrico e interferométrico GRAVITY, el espectrógrafo para observaciones de campo integrales en el instrumento de infrarrojo cercano (SINFONI) y el sistema Nasmyth Adaptive Optics System (NAOS) - instrumento de imágenes y espectrografía de infrarrojo cercano (CONICA), que en conjunto se conocen como NACO
Las nuevas observaciones infrarrojas recolectadas por estos instrumentos permitieron al equipo monitorear una de las estrellas (S2) que orbita alrededor de Sagitario A * al pasar frente al agujero negro, que tuvo lugar en mayo de 2018. En el punto más cercano de su órbita. , la estrella estaba a una distancia de menos de 20 mil millones de km (12.4 mil millones de millas) del agujero negro y se movía a una velocidad superior a 25 millones de km / h (15 millones de mph), casi el tres por ciento de la velocidad de la luz .
Mientras que el instrumento SINFONI se utilizó para medir la velocidad de S2 hacia y desde la Tierra, el instrumento GRAVITY en el interferómetro VLT (VLTI) realizó mediciones extraordinariamente precisas de la posición cambiante de S2 para definir la forma de su órbita. El instrumento GRAVITY luego creó las imágenes nítidas que revelaron el movimiento de la estrella al pasar cerca del agujero negro.
Luego, el equipo comparó las mediciones de posición y velocidad con las observaciones anteriores de S2 utilizando otros instrumentos. Luego compararon estos resultados con las predicciones hechas por la Ley de la Gravitación Universal, la Relatividad General y otras teorías de la gravedad de Newton. Como se esperaba, los nuevos resultados fueron consistentes con las predicciones hechas por Einstein hace más de un siglo.
Como Reinhard Genzel, quien además de ser el líder de la colaboración GRAVITY fue coautor del artículo, explicó en un reciente comunicado de prensa de 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 mejor instrumentación, pudimos observar la estrella con una resolución sin precedentes. 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 ".
Cuando se observó con los nuevos instrumentos del VLT, el equipo notó un efecto llamado desplazamiento al rojo gravitacional, donde la luz proveniente de S2 cambió de color a medida que se acercaba al agujero negro. Esto fue causado por el campo gravitacional muy fuerte del agujero negro, que estiraba la longitud de onda de la luz de la estrella, haciendo que se desplazara hacia el extremo rojo del espectro.
El cambio en la longitud de onda de la luz desde S2 concuerda precisamente con lo que predice la ecuación de campo de Einstein. Como Frank Eisenhauer, investigador del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, el investigador principal de GRAVITY y el espectrógrafo SINFONI, y coautor del estudio, indicó:
“Nuestras primeras observaciones de S2 con GRAVITY, hace aproximadamente dos años, ya mostraban que tendríamos el laboratorio ideal de agujeros negros. Durante el paso cercano, incluso pudimos detectar el tenue resplandor alrededor del agujero negro en la mayoría de las imágenes, lo que nos permitió seguir con precisión la estrella en su órbita, lo que finalmente condujo a la detección del desplazamiento al rojo gravitacional en el espectro de S2.”
Mientras que se han realizado otras pruebas que han confirmado las predicciones de Einstein, esta es la primera vez que se observan los efectos de la Relatividad General en el movimiento de una estrella alrededor de un agujero negro supermasivo. A este respecto, Einstein ha demostrado tener razón una vez más, ¡utilizando uno de los laboratorios más extremos hasta la fecha! Además, confirmó que las pruebas que involucran efectos relativistas pueden proporcionar resultados consistentes en el tiempo y el espacio.
"Aquí en el Sistema Solar solo podemos probar las leyes de la física ahora y bajo ciertas circunstancias", dijo Françoise Delplancke, jefa del Departamento de Ingeniería de Sistemas de ESO. "Por lo tanto, es muy importante en astronomía comprobar también que esas leyes siguen siendo válidas donde los campos gravitacionales son mucho más fuertes".
En el futuro cercano, será posible otra prueba relativista a medida que S2 se aleje del agujero negro. Esto se conoce como una precesión de Schwarzschild, donde se espera que la estrella experimente una pequeña rotación en su órbita. GRAVITY Collaboration estará monitoreando S2 para observar este efecto también, una vez más confiando en los instrumentos muy precisos y sensibles del VLT.
Como indicó Xavier Barcons (Director General de ESO), este logro fue posible gracias al espíritu de cooperación internacional representado por la colaboración GRAVITY y los instrumentos que ayudaron a ESO a desarrollar:
“ESO ha trabajado con Reinhard Genzel y su equipo y colaboradores en los Estados miembros de ESO durante más de un cuarto de siglo. Fue un gran desafío desarrollar los instrumentos únicos y poderosos necesarios para realizar estas mediciones muy delicadas y desplegarlas en el VLT en Paranal. El descubrimiento anunciado hoy es el resultado muy emocionante de una asociación notable ".
Y asegúrese de ver este video de la prueba exitosa de GRAVITY Collaboration, cortesía de ESO:
