Orbitando el centro galáctico

En un prolongado estudio de 16 años y utilizando varios de los telescopios insignia de ESO, un equipo de astrónomos alemanes ha producido la imagen más detallada conseguida hasta ahora de los alrededores del monstruo que acecha en el corazón de nuestra galaxia: un agujero negro supermasivo.

La investigación ha develado los secretos ocultos de esta tumultuosa región al mapear las órbitas de casi 30 estrellas, un aumento de 500% sobre estudios previos. Una de estas estrellas ha completado ya una órbita completa alrededor del agujero negro.

Al observar los movimientos de 28 estrellas orbitando alrededor de la región más central de la Vía Láctea con paciencia admirable y precisión asombrosa, los astrónomos pudieron estudiar al agujero negro supermasivo que allí se encuentra. Se lo conoce como “Sagitario A*” (se pronuncia “Sagitario A asterisco”). La nueva investigación marca la primera vez que las órbitas de tantas de estas estrellas centrales han sido calculadas con precisión y revela información sobre la enigmática formación de estos objetos, y sobre el agujero negro al que están unidas.

“El centro de la Vía Láctea es un laboratorio único donde se pueden estudiar los procesos fundamentales de la gravedad fuerte, de la dinámica estelar y de la formación de estrellas, que son relevantes para todos los otros núcleos galácticos, con un nivel de detalle que nunca será posible lograr más allá de nuestra galaxia”, explica Reinhard Genzel, líder del equipo proveniente del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Garching, cerca de Munich.

El polvo interestelar que llena la galaxia bloquea nuestra visión directa en luz visible sobre la región central de la Vía Láctea, de modo que los astrónomos utilizaron longitudes de onda del infrarrojo que pueden penetrar el polvo para poder sondear la región. Si bien esto representa un reto tecnológico, bien vale el esfuerzo. “El centro galáctico alberga el agujero negro supermasivo más cercano que conocemos. Por lo tanto, es el mejor lugar para el estudio detallado de los agujeros negros”, sostiene el autor principal del artículo, Stefan Gillessen.

El equipo utilizó las estrellas centrales como “partículas de prueba” al observar como se mueven alrededor de Sagitario A*. De la misma forma en que las hojas capturadas en una ráfaga de viento invernal revelan una compleja red de corrientes de aire, el rastreo de las estrellas centrales muestra el nexo de las fuerzas que actúan en el centro galáctico.

Estas observaciones pueden ser utilizadas para inferir propiedades importantes del agujero negro mismo, tales como su masa y su distancia. El nuevo estudio demostró también que al menos un 95% de la masa que afectaba a las estrellas debía estar en el agujero negro. Por lo tanto, queda poco lugar para otra materia oscura.

“Indudablemente el aspecto más espectacular de nuestro estudio a largo plazo es que ha producido lo que ahora se considera la mejor evidencia empírica de que los agujeros negros supermasivos existen realmente. Las órbitas estelares del centro galáctico demuestran que la concentración central de masa equivalente a cuatro millones de masas solares debe ser un agujero negro, más allá de cualquier duda razonable”, dice Genzel. Las observaciones también permiten a los astrónomos definir con gran precisión la distancia que nos separa del centro de la galaxia, calculada ahora en 27 000 años-luz.

Para construir esta imagen sin paralelo del corazón de la Vía Láctea y calcular las órbitas de las estrellas individuales, el equipo debió estudiar las estrellas durante muchos años. Estos últimos resultados removedores representan 16 años de trabajo dedicado, que comenzó con observaciones realizadas en 1992 con la cámara SHARP adosada al Telescopio de Nueva Tecnología de 3,5 metros de ESO ubicado en el observatorio de La Silla, en Chile.

Posteriormente, desde 2002 se realizaron más observaciones utilizando dos instrumentos montados en el Telescopio Muy Grande (VLT) de ESO. Un total de aproximadamente 50 noches de tiempo de observación con telescopios de ESO, a lo largo de 16 años, han sido empleadas para completar este increíble conjunto de observaciones.

Este nuevo trabajo mejoró la precisión con la cual los astrónomos pueden medir las posiciones de las estrellas en un factor de seis, comparado con estudios previos. La precisión final es de 300 microarcosegundos, lo que equivale a ver una moneda de un euro desde una distancia de unos 10 000 km.

Por primera vez el número de órbitas estelares conocidas es lo suficientemente grande como para buscar en ellas propiedades comunes. “Las estrellas de la región interior tienen órbitas aleatorias, como un enjambre de abejas”, dice Gillessen. “Sin embargo, seis de las 28 estrellas orbitan el agujero en un disco. En este aspecto el nuevo estudio ha confirmado también de forma explícita trabajos anteriores en los cuales se había descubierto el disco, pero únicamente en un sentido estadístico. Movimiento ordenado más allá del mes-luz central, órbitas aleatorias más adentro… esta es la forma en que mejor se describe la dinámica de las estrellas jóvenes en el centro galáctico”.

Una estrella en particular, conocida como S2, orbita alrededor del centro de la Vía Láctea tan rápidamente que ha completado una revolución entera dentro del período de 16 años del estudio. La observación de una órbita completa de S2 representó una contribución clave para la gran precisión alcanzada y para la comprensión de esta región.

Sin embargo, todavía se mantiene el misterio sobre la forma en que estas estrellas jóvenes llegaron a estar en las órbitas que vemos hoy. Son demasiado jóvenes como para haber migrado largas distancias, pero parecería ser incluso más improbable que se hayan formado en sus órbitas actuales, donde actúan las fuerzas de marea del agujero negro. Se están planificando observaciones futuras para comprobar varios modelos teóricos que intentan resolver este acertijo.

“ESO todavía tiene mucho trabajo por delante”, dice Genzel. “Para los estudios futuros de la vecindad inmediata del agujero negro necesitamos una resolución angular mayor de la actualmente posible”.

Según Frank Eisenhauer, investigador principal del instrumental de próxima generación GRAVITY, ESO será pronto capaz de obtener esa muy necesaria resolución. “El próximo gran avance será combinar la luz de las cuatro unidades telescopio de 8,2 metros, una técnica conocida como interferometría. Esto mejorará la precisión de las observaciones en un factor de 10 a 100, sobre lo actualmente posible. Esta combinación tiene el potencial de comprobar directamente la teoría general de la relatividad de Einstein en la actualmente inexplorada región cercana a un agujero negro”.

Fuente | El atril del orador