Una observación de las inmediaciones de un agujero negro da la razón a Einstein

El comportamiento de la estrella S0-2 que orbita al agujero negro Sagitario A del centro de la Vía Láctea confirma una predicción del científico realizada hace más de 100 años.

La contribución más importante de Albert Einstein hace 100 años fue considerar que el espacio y el tiempo, dos entidades hasta entonces diferenciadas, formaban un tejido que era capaz de curvarse ante la influencia de la masa. La Teoría de la Relatividad General de Einstein de 1915 sostiene que lo que percibimos como la fuerza de la gravedad surge de esta curvatura del espacio y el tiempo. La relatividad general puede explicar el comportamiento de muchos cuerpos celestes observados por los telescopios de nuestros días. Pero aun así no es suficiente para explicar completamente el comportamiento de un agujero negro, un punto supermasivo que atrae incluso a los fotones de luz.

No obstante, una nueva medición realizada en torno a la órbita de un grupo estelar respecto al agujero negro Sagitario A (el del centro de nuestra galaxia) confirma una de las predicciones de Einstein acerca del comportamiento de las partículas en el entorno de un agujero negro.

La ciencia de nuestros días ha vuelto a dar la razón a Einstein, y no es la primera vez.

El estudio en cuestión ha sido por publicado en la revista Science, realizado por Universidad de California y con la participación de investigadores del el Instituto de Astrofísica de Andalucía del CSIC.

El equipo de investigación es uno de los dos únicos grupos en el mundo en ver una estrella conocida como S0-2 hacer una órbita completa en tres dimensiones alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, Sagitario A. La órbita completa tarda 16 años, y la masa del agujero negro es aproximadamente cuatro millones de veces la del sol.

Los datos del espectro de luz de la estrella, combinados con datos observacionales recopilados durante 24 años, revelaron el movimiento de la estrella a un nivel de precisión no alcanzado hasta ahora. Usando el espectrógrafo proporcionado por el equipo de James Larkin, también de California, pudieron dispersar la luz de una estrella de manera similar a como lo hacen las gotas de lluvia con la luz del Sol cuando se forma un arco iris.

El comportamiento de S0-2 en el punto más cercano a Sagitario A fue tal como Einstein predijo

Los investigadores estudiaron fotones—partículas de luz—mientras viajaban de S0-2 a la Tierra. S0-2 se mueve alrededor del agujero negro a velocidades de ampollas de más de 25,7 millones de kilómetros por hora en su aproximación más cercana (aproximadamente a tres cuartas partes la distancia entre el Sol y Plutón), una distancia considerablemente cercana.

Einstein dejó escrito que en esta región tan cercana al agujero negro, los fotones tienen que hacer un “trabajo extra”. Su longitud de onda depende no solo de lo rápido que se mueva la estrella, sino también de cuánta energía necesitan los fotones para escapar del poderoso campo gravitacional del agujero negro. Este esfuerzo se conoce como desplazamiento al rojo gravitatorio. Pues bien, esto mismo es lo que los investigadores observaron que le ocurría a los fotones de la estrella S0-2 al acercarse tanto al agujero negro Sagitario A. Exactamente lo que predijo Einstein.

Una de las autoras de la investigación, Andrea Ghez, lo explica en un comunicado de prensa: "Podemos descartar absolutamente la ley de la gravedad de Newton. Nuestras observaciones son consistentes con la teoría de Einstein de la relatividad general. Sin embargo, su teoría está mostrando algunas debilidades: no puede explicar completamente la gravedad dentro de un agujero negro, y en algún momento tendremos que ir más allá de la teoría de Einstein a una teoría más completa de la gravedad que nos permita explicar lo que es un agujero negro. Einstein tenía razón, al menos por ahora".

Este estudio vienen a confirmar otra investigación realizada en el año 2018 por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre que también realizó observaciones muy precisas de la estrella S0-2.

Otras observaciones que han dado la razón a Einstein

En 2015 fuimos por primera vez testigos de la primera detección de ondas gravitacionales predichas por Einstein (ondas producidas en el tejido espacio-tiempo) provocadas por dos agujeros negros en colisión, y los años siguientes esta detección se produciría de nuevo varias veces más, incluida la detección debido a la fusión de dos estrellas de neutrones.

Otro ejemplo: recientemente, en 2018, un equipo del Instituto de Cosmología y Gravitación de la Universidad de Portsmouth (Inglaterra) mostró cómo la gravedad en otras galaxias se comporta exactamente igual que en la nuestra.

 

El punto débil de Einstein

Pero Einstein también tiene puntos débiles, y son los que tienen que ver con la mecánica cuántica. Por ejemplo, el enredo cuántico (conexión especial entre pares o grupos de fotones) no se puede explicar por la Teoría de la Relatividad General, ni tampoco otras leyes de la física cuática con las que los científicos llevan trabajando durante años.

Todavía es necesario dar con esa esperada ‘teoría del todo’ que permita explicar con más exactitud el universo, con la que soñaba Stephen Hawking, y que no vivió para poder terminar.

 

Imagen: Una estrella conocida como S0-2 (el objeto azul y verde en la representación de este artista, a la izquierda en S0-2-color-V2b) hizo su acercamiento más cercano al agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea en 2018./Nicolle R. Fuller/National Science Foundation.

Más información: "Relativistic redshift of the star S0-2 orbiting the Galactic center supermassive black hole," Science (2019). https://science.sciencemag.org/content/early/2019/07/24/science.aav8137

Laura Marcos

Laura Marcos

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