Impresión artística de la longitud de onda de la luz de las estrellas deformada por un agujero negro // Ilustración: ESO / M. Kornmesser

Se confirma la teoría de la relatividad gracias al agujero negro que habita el centro de nuestra galaxia

29-07-2018

Una prueba más de que Einstein tenía razón.

Por: Luis Moctezuma

 

La teoría de la relatividad de Einstein tiene poco más de un siglo. Desde sus primeros años mostró ser efectiva gracias a demostraciones como el eclipse solar de 1919 en que se mostró que la luz tomaba una dirección curva en presencia de gravedad. Aún hoy sigue demostrando su efectividad en comparación con las predicciones de otros modelos gravitatorios como el de Newton. La última prueba vino del centro de nuestra galaxia, gracias a una luz azul que se torno roja.

Un gran agujero negro para una galaxia espiral

Al centro de nuestra galaxia existe un agujero negro supermasivo llamado Sagitarius A* y a su alrededor orbitan algunas estrellas. Esta combinación fue perfecta para experimentar las predicciones de la teoría de la relatividad; un gran centro de masa y en consecuencia de gravedad, y fuentes luminosas de gran tamaño.

            Este agujero negro supermasivo mide aproximadamente 4 millones de veces el tamaño de nuestro sol. Se encuentra a 26 mil años luz de la Tierra y en el camino hay nubes de polvo, lo que hace que observarlo desde nuestro planeta no sea tan sencillo. En toda la Vía Láctea no hay un campo gravitatorio tan potente como este. De ahí que el Observatorio Europeo Austral (ESO, por sus sliglas en inglés) lo eligiera como laboratorio.

            La estrella seleccionada para su observación fue S2. Este astro tarda 16 años en completar su órbita alrededor del agujero negro. Debido a la enorme gravedad que hay en esa región de la galaxia, su movimiento es muy diferente a lo que conocemos; su velocidad aumenta drásticamente cuando se acerca al agujero negro y es menor cuando se aleja.

Al igual que los planetas de nuestro sistema solar, la trayectoria de S2 es elíptica. En el momento que se acerca más al agujero negro, S2 está a 20 mil millones de kilómetros, algo asó como 120 veces la distancia que nos separa del sol. Aún así su velocidad es muy alta, en ese momento de mayor cercanía se mueve a 25 millones de kilómetros, eso es un 3% de la velocidad de la luz y aunque parezca una cifra pequeña es muy rápido comparado con la velocidad que experimentamos en nuestro planeta.

La confirmación de la teoría de la relatividad vino por un evento relacionado con la luz y los efectos de la gravedad sobre ella.

¿Cómo se demuestra la teoría de Einstein?

Einstein predijo que cuando la luz (como la luz emitida por S2) pasara tan cerca de una fuente de gravedad tan poderosa (como el agujero negro) perdería parte de su energía. En cierto modo, la luz tiene que luchar para pasar a través del campo de gravedad tan intenso.

La luz literalmente se estira o se deforma en el espacio-tiempo bajo los efectos de la gravedad. Y no se ralentiza, pero pierde parte de su energía, la cual se mide en la frecuencia de la longitud de onda, o como nosotros lo percibimos, en el color. El resultado es que la luz azul cambia ligeramente más roja cuando está cerca de una fuerte fuente de gravedad.

Un gran telescopio

El Telescopio Muy Grande (VLT, por sus siglas en inglés), ubicado en Chile, cuenta con tecnología de punta que ayudó a las observaciones. En mayo del 2018, después de una planeación de 26 años, el VLT logró capturar a S2 merodeando el agujero negro (en realidad, esto sucedió hace unos 26,000 años, mucho antes de los comienzos de la civilización humana, pero la luz de la estrella llegó a nuestros telescopios en mayo).

Fue un evento sobre el que se tuvo una planificación tan grande que la publicación que documenta los resultados apareció el 26 de julio de este año en la revista Astronomy & Astrophysics, apenas dos meses de observado el evento.

            GRAVITY es un instrumento de precisión en ángulo estrecho de astrometría e imagen interferométrica de segunda generación. Con él es posible hacer medidas de noche a noche mientras la estrella se acerca al agujero negro, así, la posición de S2 fue supervisada para seguir cada uno de sus movimientos.

            SINFONI, acrónimo en inglés de Espectrógrafo para Observaciones Integrales de Campo Cercano al Infrarrojo, fue otro de los instrumentos clave con el que se midió la velocidad de S2. Este es un punto delicado ya que la Tierra también está en movimiento y fue importante calcular esa velocidad tomando a nuestro planeta como referencia.

            El último instrumento importante para obtener el resultado definitivo fue NACO, cuyas siglas en inglés provienen de Sistema Adaptativo Óptico Nasmyth (NAOS) y Reproductor de Imágenes Cercanas al Infrarrojo y Espectrógrafo (CONICA). Gracias a él la presencia de la atmósfera terrestre en las observaciones se reduce.

El ansiado rojo gravitacional

Que la luz se modifica ante la presencia de un intenso campo gravitatorio ya se ha demostrado antes. Lo sorprendente en esta ocasión es que el VLT fue capaz de reconocer un fenómeno llamado “desplazamiento al rojo gravitacional”. En este las longitudes de onda de la luz se alargan por la presencia de esa enorme gravedad. El resultado es un rojo que no debería estar ahí.

            La luz, normalmente azul, de S2 cambió de color. En el momento de mayor cercanía con el agujero negro al centro de nuestra galaxia y su enorme gravedad tuvimos una estrella roja. La teoría de la relatividad de Einstein lo predice, a diferencia de otras que explican la gravedad como la de Newton. Ahí está la gran confirmación que ha lleva al ESO a 26 años de observar esta región del cosmos.

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