Primeras observaciones exitosas con el instrumento GRAVITY al centro galáctico

El instrumento GRAVITY se encuentra operando ahora con las cuatro Unidades de Telescopio de 8,2 metros del Very Large Telescope (VLT) de ESO, e incluso durante los primeros resultados obtenidos en la etapa de pruebas, ya es claro que pronto comenzará a producir ciencia de primera clase.

GRAVITY forma parte del Interferómetro del VLT. Al combinar la luz de los cuatro telescopios, este puede alcanzar la misma resolución espacial y la misma precisión en la medición de las posiciones que un telescopio de hasta 130 metros de diámetro. Las ganancias correspondientes en lo que respecta al poder de resolución y a la precisión posicional (un factor de 15 por sobre las Unidades de Telescopio de 8,2 metros del VLT funcionando de forma individual) permitirá a GRAVITY realizar mediciones extremadamente exactas de objetos astronómicos.

Uno de los objetivos principales de GRAVITY es realizar observaciones detalladas del entorno que rodea al agujero negro de 4 millones de masas solares ubicado en el centro de la Vía Láctea [1]. A pesar de que tanto la posición como la masa del agujero negro se conocen desde el año 2002, al realizar mediciones exactas de los movimientos de las estrellas que lo orbitan, GRAVITY  permitirá a los astrónomos estudiar el campo gravitacional que rodea al agujero negro con un detalle sin precedentes, proporcionando una posibilidad única de poner a prueba la teoría de la Relatividad General de Einstein.

En este ámbito, las primeras observaciones con GRAVITY ya han sido extremadamente fascinantes. El equipo de GRAVITY [2] ha utilizado el instrumento para observar una estrella conocida como S2 en su órbita de sólo 16 años alrededor del agujero negro en el centro de nuestra galaxia. Estas pruebas han demostrado de forma impresionante la sensibilidad que posee GRAVITY, al ser capaz de detectar esta débil estrella en tan sólo unos minutos de observación.

El equipo pronto podrá obtener posiciones ultra-precisas de la estrella en órbita, lo que equivale a medir la posición de un objeto en la Luna con una exactitud de centímetros. Esto les permitirá determinar si el movimiento alrededor del agujero negro se ajusta o no a las predicciones de la teoría de la relatividad general de Einstein. Las nuevas observaciones muestran que el Centro Galáctico es un laboratorio tan ideal como se pudiese esperar.

«Fue un momento fantástico para todo el equipo cuando captamos la superposición de la luz emitida por la estrella por primera vez, después de ocho años de arduo trabajo», comenta el científico a cargo del instrumento GRAVITY Frank Eisenhauer del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Garching, Alemania. «En primer lugar estabilizamos de forma activa la interferencia en una estrella brillante cercana, y luego sólo unos pocos minutos más tarde pudimos ver la interferencia proveniente de la débil estrella (seguido de numerosos choques de manos)». A primera vista, ni la estrella de referencia, ni la estrella en órbita tienen compañeros masivos que pudiesen complicar las observaciones y el análisis. «Son sondas ideales», explica Eisenhauer.

Esta temprana indicación de éxito llega justo a tiempo. En el año 2018, la estrella S2 estará en su punto más cercano al agujero negro, a sólo 17 horas-luz de distancia y viajando a casi 30 millones de kilómetros por hora, o a 2,5% de la velocidad de la luz. A esta distancia los efectos generados por la relatividad general serán más evidentes y las observaciones de GRAVITY entregarán sus resultados más importantes [3]. Esta oportunidad no se volverá a repetir en otros 16 años.

Notas

[1] El centro de la Vía Láctea, la galaxia en donde vivimos, se encuentra en la constelación de Sagitario (el Arquero) y está a unos 25.000 años-luz de distancia de la Tierra.

[2] El consorcio GRAVITY está compuesto por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) y el Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA), LESIA del Observatorio de París e IPAG de la Université Grenoble Alpes/CNRS, la Universidad de Colonia, el Centro Multidisciplinar de Astrofísica de Lisboa y Oporto (SIM), y ESO.

[3] El equipo, por primera vez, será capaz de medir dos efectos de la teoría relativistas en una estrella orbitando en torno a un agujero negro masivo (el desplazamiento al rojo gravitatorio y la precesión del pericentro). El desplazamiento al rojo surge debido a que la luz de la estrella debe moverse en contra del fuerte campo gravitacional del agujero negro masivo para poder escapar hacia el Universo. A medida que lo hace pierde energía, lo que se manifiesta como un desplazamiento al rojo de la luz. El segundo efecto afecta a la órbita de la estrella y conduce a una desviación de una elipse perfecta. La orientación de la elipse rota en aproximadamente medio grado en el plano orbital cuando la estrella pasa cerca del agujero negro. El mismo efecto se ha observado en la órbita de Mercurio alrededor del Sol, en donde es unas 6.500 veces más débil por cada órbita que en las extremas inmediaciones del agujero negro. Pero la distancia mucho mayor hace que resulte mucho más difícil observar lo que ocurre en el Centro Galáctico que lo que acontece en el Sistema Solar.