noirlab2130es — Comunicado científico

Astrónomos obtienen información precisa sobre el agujero negro supermasivo en el corazón de la galaxia

Una colaboración internacional de telescopios, que incluyó a Gemini, confirmó las suposiciones de los investigadores.

14 Diciembre 2021

Un equipo de astrónomos realizaron las mediciones más precisas hasta el momento del movimiento de las estrellas alrededor del agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de la Vía Láctea, confirmando que el 99,9% de la masa concentrada en el núcleo de la galaxia corresponde a un agujero negro, mientras que sólo un 0,1% podría incluir estrellas, pequeños agujeros negros, polvo y gas interestelar, o materia oscura.

Los astrónomos lograron medir con una precisión sin precedentes la velocidad y la posición de cuatro estrellas en la vecindad inmediata al agujero supermasivo que se encuentra en el centro de la Vía Láctea y que se conoce como Sagitarius A* (Sgr A*) [1]. Se descubrió que el movimiento de estas estrellas —denominadas como S2, S29, S38, and S55—, demuestra que la masa en el centro de la galaxia se debe casi enteramente al agujero negro de Sagitarius A*, dejando muy poco espacio para algo más.

El equipo utilizó una variedad de instalaciones astronómicas de alta tecnología para esta investigación. Es así que para medir las velocidades de las estrellas utilizaron el Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano de Gemini (GNIRS), instalado en el telescopio de Gemini Norte, un Programa de NOIRLab de NSF y AURA, y que se ubica cerca de la cumbre de Maunakea en Hawai‘i. También, utilizaron datos del instrumento SINFONI del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral, mientras que la posición de las estrellas fueron medidas con el instrumento GRAVITY instalado en el VLTI. [2]

”Estamos muy agradecidos con el Observatorio Gemini, cuyo instrumento GNIRS nos brindó la información crítica que necesitábamos”, señaló Reinhard Genzel, Director del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre y co-ganador del Premio Nobel de Física 2020. ”Esta investigación muestra la mejor colaboración mundial”.

El Centro Galáctico de la Vía Láctea, ubicado aproximadamente a 27.000 años luz del Sol, contiene la fuente de radio compacta Sgr A* que los astrónomos han identificado como un agujero negro supermasivo 4,3 millones de veces más masivo que el Sol. A pesar de varias décadas de minuciosas observaciones —además del Premio Nobel otorgado por descubrir la identidad de Sgr A* [3]— ha sido difícil de probar de manera concluyente que la mayor parte de esta masa pertenece solo al agujero negro supermasivo y que no incluye otra gran cantidad de materia como estrellas, pequeños agujeros negros, gas y polvo interestelar, o materia oscura.

“Con el premio Nobel de Física de 2020 otorgado por la confirmación de que Sgr A* es un agujero negro, ahora queremos ir más allá. Nos gustaría saber si hay algo más oculto en el centro de la Vía Láctea y si la relatividad general es de hecho la teoría correcta de la gravedad en este laboratorio extremo”, explicó Stefan Gillessen, uno de los astrónomos involucrados en el trabajo. “La forma más sencilla de responder a esa pregunta es seguir de cerca las órbitas de las estrellas que pasan cerca de Sgr A*”, concluyó.

La teoría general de la relatividad de Einstein predice que las órbitas de estrellas alrededor de un objeto supermasivo compacto son sutilmente diferentes de las que predice la física Newtoniana clásica. La relatividad general, en particular, predice que las órbitas de las estrellas van a trazar una elegante forma de roseta, en un efecto conocido como Precesión de Schwarzschild. Para ver realmente a las estrellas dibujando una roseta, el equipo rastreó la posición y velocidad de cuatro estrellas en la vecindad inmediata de Sgr A* —llamadas S2, S29, S38, and S55. Las observaciones realizadas por el equipo sobre el movimiento de precesión de estas estrellas les permitieron inferir la distribución de la masa dentro de Sgr A*. De este modo, descubrieron que cualquier masa extendida dentro de la órbita de la estrella S2 contribuye como máximo al equivalente de 0,1% de la masa del agujero supermasivo.

Medir las diminutas variaciones en las órbitas de estrellas distantes alrededor del agujero negro supermasivo de nuestra galaxia es un desafío increíble. Para realizar más descubrimientos, los astrónomos tendrán que traspasar los límites no solo de la ciencia sino también de la ingeniería. Los próximos telescopios extremadamente grandes (ELT), como el Telescopio Gigante de Magallanes y el Telescopio de Treinta Metros (ambos parte del Programa US-ELT) permitirán a los astrónomos medir estrellas más débiles con una precisión aún mayor.

“En el futuro, vamos a mejorar aún más nuestra sensibilidad, permitiéndonos rastrear objetos incluso más débiles”, explicó Gillessen. “Esperamos detectar más de lo que vemos ahora para tener una forma única e inequívoca de medir la rotación del agujero negro”.

”Los telescopios Gemini continúan brindando una nueva perspectiva sobre la naturaleza de nuestra galaxia y el enorme agujero negro en su centro”, dijo Martin Still, oficial del Programa Gemini en la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos. ”Un mayor desarrollo de instrumentos durante la próxima década destinados a un amplio uso mantendrá el liderazgo de NOIRLab en la caracterización del Universo que nos rodea”.

Notas

[1] Sagitarius A* se pronuncia como “Sagitario A Estrella”.

[2] VLT de ESO está compuesto por cuatro telescopios individuales de 8,2 metros que pueden combinar la luz mediante una red de espejos y túneles subterráneos utilizando una técnica conocida como interferometría, para formar el VLTI. GRAVITY utiliza esta técnica para medir la posición de los objetos del cielo nocturno con gran precisión, lo que equivaldría a detectar una moneda de un cuarto de dólar en la superficie de la Luna.

[3] El Premio Nobel de Física 2020 fue otorgado en parte a Reinhard Genzel y Andrea Ghez ”por el descubrimiento de un objeto compacto supermasivo en el centro de nuestra galaxia”.

Más Información

Esta investigación fue presentada en el artículo científico “The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits” to appear in Astronomy & Astrophysics. Un artículo complementario ”Deep Images of the Galactic Center with GRAVITY” que será publicado en Astronomy & Astrophysics.

El equipo detrás de este resultado está compuesto por The GRAVITY Collaboration, R. Abuter (European Southern Observatory), A. Amorim (Universidade de Lisboa and CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação), M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of Illinois), J. P. Berger (University Grenoble Alpes and European Southern Observatory), H. Bonnet (European Southern Observatory), G. Bourdarot (University Grenoble Alpes and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), V. Cardoso (CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação and CERN), Y. Clénet (LESIA, Observatoire de Paris), Y. Dallilar (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), R. Davies (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. T. de Zeeuw (Leiden University and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Dexter (University of Colorado, Boulder), A. Drescher (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), A. Eckart (University of Cologne and Max Planck Institute for Radio Astronomy), F. Eisenhauer (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), N. M. Förster Schreiber (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. Garcia (Universidade do Porto and CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação), F. Gao (Universität Hamburg and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Gendron (LESIA, Observatoire de Paris), R. Genzel (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of California, Berkeley), S. Gillessen (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), M. Habibi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), X. Haubois (European Southern Observatory), G. Heißel (LESIA, Observatoire de Paris), T. Henning (Max Planck Institute for Astronomy), S. Hippler (Max Planck Institute for Astronomy), M. Horrobin (University of Cologne), L. Jochum (European Southern Observatory), L. Jocou (University Grenoble Alpes), A. Kaufer (European Southern Observatory), P. Kervella (LESIA, Observatoire de Paris), S. Lacour (LESIA, Observatoire de Paris), V. Lapeyrère (LESIA, Observatoire de Paris), J.-B. Le Bouquin (University Grenoble Alpes), P. Léna (LESIA, Observatoire de Paris), D. Lutz (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Ott (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Paumard (LESIA, Observatoire de Paris), K. Perraut (University Grenoble Alpes), G. Perrin (LESIA, Observatoire de Paris), O. Pfuhl (European Southern Observatory and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Rabien (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), G. Rodríguez-Coira (LESIA, Observatoire de Paris), J. Shangguan (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Shimizu (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Scheithauer (Max Planck Institute for Astronomy), J. Stadler (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), O. Straub (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), C. Straubmeier (University of Cologne), E. Sturm (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), L. J. Tacconi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), K. R. W. Tristram (European Southern Observatory), F. Vincent (LESIA, Observatoire de Paris), S. von Fellenberg (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), F. Widmann (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wieprecht (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wiezorrek (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Woillez (European Southern Observatory), S. Yazici (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of Cologne), and A. Young (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics).

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional de Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (operado en cooperación con el National Accelerator Laboratory (SLAC) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai‘i, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai‘i y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.