Tras casi 30 años de mediciones, los científicos pudieron determinar que la órbita de una estrella en el centro de la Vía Láctea tiene forma de rosetón, y no de elipse como sugería la teoría de la gravedad de Isaac Newton. “La Relatividad General de Einstein predice que las órbitas unidas de un objeto alrededor de otro no están cerradas, como en la gravedad newtoniana, sino que avanzan hacia adelante en el plano de movimiento”, explica en un comunicado de la ‘ESO’ Reinhard Genzel, director del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre de Alemania.

ESO's Very Large Telescope has observed for the first time a star dancing around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way, as predicted by Einstein’s theory of general relativity.

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— ESO (@ESO) April 16, 2020

Este interesante efecto, observado por primera vez en la manera que orbita el planeta Mercurio alrededor del Sol, fue la primera evidencia a favor de la Relatividad General. Ahora, casi cien años después, los investigadores detectaron ese mismo efecto en el movimiento de la estrella S2, que orbita la fuente de radio compacta Sagitario A *, en el centro de nuestra galaxia, donde yace un agujero negro supermasivo de 4 millones de veces la masa del Sol.

Sagitario A * y el denso grupo de estrellas a su alrededor se ubican a unos 26.000 años luz de nuestro sistema solar. Las mediciones indican que S2 se mueve por el espacio a casi el 3 % de la velocidad de la luz y orbita el agujero negro una vez cada 16 años terrestres. Los astrónomos explican que la mayoría de estrellas y planetas tienen una órbita no circular, alejándose y acercándose del objeto por el que giran. En el caso de la estrella S2, su movimiento cambia con cada giro cuando se encuentra en el punto más cercano al agujero negro, creando el efecto de rosetón.

La teoría de Einstein proporciona una predicción precisa de cuándo el objeto espacial cambia su órbita y las últimas mediciones de esta investigación coinciden exactamente con su teoría. Este efecto, conocido como precesión de Schwarzschild, es la primera vez que es medida en una estrella alrededor de un agujero negro supermasivo. Ya que las predicciones de la Relatividad General funcionan, estos resultados pueden ayudar a los científicos a aprender más sobre el vecindario alrededor del agujero negro en el centro de la Vía Láctea, además de servir para estudiar la materia oscura y otros posibles agujeros negros más pequeños.

Para realizar este nuevo experimento, el grupo de investigadores estableció dos relojes ópticos ultraprecisos desarrollados por el Centro RIKEN para Fotónica Avanzada, uno en la base y otro en el observatorio de 450 metros de la torre Tokyo Skytree en la capital japonesa, reporta el portal ‘Phys.org’. La idea del experimento fue hacer nuevas mediciones de gran precisión del efecto de dilatación del tiempo que predijo Einstein.

Una de las consecuencias de este efecto es que el tiempo corre de manera más lenta en un campo gravitacional profundo que en uno más superficial. O sea, el tiempo correría un poco más lento en la base de la torre televisiva en Tokio que en la parte superior. Así fue, el uso de los dos relojes ópticos demostró que el reloj de arriba, a una la altura de 450 metros, fue más rápido que el de abajo.

Según los investigadores, el experimento demostró una vez más la teoría de Einstein. Sin embargo, Hidetoshi Katori —del Centro RIKEN— considera que lo más destacable de esta prueba ha sido lograr mediciones de una precisión comparable a las que se realizan desde el espacio, pero empleando dispositivos transportables en el terreno. En el futuro el grupo de científicos planea comparar relojes a cientos de kilómetros de distancia para supervisar las elevaciones y depresiones del terreno a largo plazo, una de las potenciales aplicaciones de estos instrumentos de alta precisión.

Según Einstein, la gravedad es fruto de la forma en que el tiempo y el espacio resultan deformados por la masa. Y mientras más masivo sea un objeto, mayor será su atracción gravitacional.

Esta explicación fue verificada en numerosas ocasiones en campos de gravitación relativamente débiles, como los presentes en la Tierra y el Sistema Solar. Sin embargo, los científicos creen que campos gravitacionales mucho más poderosos podrían revelar irregularidades en la relatividad general, dando lugar a nuevas teorías capaces de explicar algunos de los grandes misterios del universo, tales como la materia oscura y la energía oscura.

Para avanzar en este asunto, los autores del nuevo trabajo, reportado en la revista ‘Science’ estudiaron el agujero negro supermasivo Sagitario A*, un gigante espacial ubicado en el centro de la Vía Láctea con una masa 4 millones de veces superior a la del Sol y un diámetro de 23,6 millones de kilómetros.

Con ayuda de tres observatorios ubicados en Hawái, los investigadores estudiaron en 2018 la estrella S0-2 cuando esta alcanzaba el punto más cercano al Sagitario A*en 16 años —el tiempo en que tarda en completar su órbita— pasando a 120 unidades astronómicas del agujero negro y al 2,7 % de la velocidad de la luz.

Después crearon un modelo tridimensional de su recorrido y lo utilizaron combinándolo con otras mediciones recabadas en el transcurso de los últimos 24 años para comprobar una de las predicciones de la relatividad general conocida como corrimiento al rojo (‘redshift’, en inglés), que describe la manera en que la gravedad puede distorsionar la luz.

Así, la luz que cae hacia el campo gravitacional se desplaza hacia el extremo azul del espectro, de modo que la luz que escapa del campo se vuele rojiza. Y eso fue exactamente lo que ocurrió con S0-2 por el efecto de la extrema gravedad de Sagitario A*, comprobándose de esta forma la teoría de Einstein.

“Esto fue anticipado hace mucho tiempo de manera teórica, pero es realmente emocionante que, finalmente, seamos capaces de hacerlo”, expresó Tuan Do, autor principal del trabajo e investigador de la Universidad de California (EE.UU.). El investigador admitió sentirse maravillado ante el hecho de que esas predicciones “funcionan a pesar de que los agujeros negros, y muchos menos los supermasivos, ni siquiera eran conocidos cuando Einstein creó su teoría”.

“Einstein está en lo cierto, al menos por ahora”, coincide Andrea Ghez, coautora principal de la publicación y profesora de la misma institución educativa. “Sin embargo, su teoría muestra definitivamente vulnerabilidad”, ya que “no es capaz de explicar completamente la gravedad en el interior de un agujero negro”, por lo que “en algún momento deberemos avanzar más allá de la teoría de Einstein hacia una teoría de la gravedad más amplia que explique lo que es un agujero negro”, concluye.