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La flor que dibuja la órbita de esta estrella es la demostración más hermosa de que Einstein tenía razón

Impresión artística de la Precesión de Schwarzschild en la estrella S2
Impresión artística de la Precesión de Schwarzschild en la estrella S2
Ilustración: ESO/L. Calçada

A menudo pensamos en los planetas orbitando alrededor de las estrellas sobre un disco plano, pero la realidad es muy diferente. Más de 30 años de observación de una estrella en la Constelación de Sagitario se han saldado con la demostración más hermosa de la Teoría de la Relatividad General.

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En el corazón de la Vía Láctea, a 26.000 años luz de la Tierra se encuentra el denso cúmulo de estrellas de Sagitario A orbitando alrededor de una fuente de señales de radio que se cree que es un agujero negro supermasivo. Una de esas estrellas, S2, lleva 30 años siendo el objeto de estudio de Reinhard Genzel, Director del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) en Garching, Alemania.

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S2 describe una órbita completa alrededor del agujero negro cada 16 años, pero su órbita elíptica no es estacionaria. Con cada nueva vuelta, el plano de la órbita varia algunos grados. Si pudiéramos ver la estela que deja esa órbita a lo largo de miles de años descubriríamos que S2 dibuja un trazado similar a una flor. Esa flor es la nueva demostración empírica de la Precesión de Schwarzschild, una parte de la solución exacta a las ecuaciones de Einstein del campo gravitatorio que describe el campo generado por una estrella o una masa esférica.

Cúmulos de estrellas en la Constelación de Sagitario.
Cúmulos de estrellas en la Constelación de Sagitario.
Foto: ESO and Digitized Sky Survey 2 (ESO)
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De Newton a Einstein pasando por Vulcano

La teoría de la gravitación universal de Newton presupone un universo plano en el que cada objeto describe una órbita elíptica cerrada alrededor de otros de mayor masa. Según esa teoría los planetas del Sistema Solar, por ejemplo, describen una órbita elíptica con un punto más cercano al Sol llamado perihelio.

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Newton tuvo en cuenta que los demás objetos podían introducir pequeñas perturbaciones gravitatorias y que estas se traducían en sutiles movimientos del perihelio. A esa variación se la denominó precesión del perihelio, y según la mecánica clásica es de 531 segundos de arco por siglo en los planetas del sistema Solar. El problema es que la observación empírica no se correspondía con esa cifra. Los astrónomos parchearon los cálculos en todos los casos conocidos salvo en el de Mercurio. La cifra real de precesión en la órbita de Mercurio tiene una variación de 43 segundos de arco. La discrepancia no tenía solución en la mecánica de Newton y el problema trajo tan de cabeza a los físicos que hasta se pensó que la disconformidad del valor de precesión del perihelio de Mercurio se debía a la existencia de un planeta que aún no habíamos visto: Vulcano.

Un diagrama del Sistema Solar de 1846 mostrando la órbita de Vulcano.
Un diagrama del Sistema Solar de 1846 mostrando la órbita de Vulcano.
Imagen: Lith. of E. Jones & G.W. Newman - Library of Congress (CCO)
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A la postre, resultó que Vulcano sólo existía en nuestra imaginación y que lo que estaba mal eran los cálculos de Newton. Hoy sabemos que el universo no es plano, y que el tirón gravitacional de los objetos genera perturbaciones en el tejido del espacio-tiempo que afectan incluso al movimiento de los fotones. En el caso del Sol, Einstein resolvió el problema de la precesión del perihelio de Mercurio en su teoría de la relatividad general, donde aplica una pequeña corrección a la ley de gravitación newtoniana. La masa del Sol deforma la luz a su alrededor y con ella también altera la precesión del perihelio de Mercurio.

La observación de la estrella S2 en Sagitario nos ha dado la primera demostración de esta parte de la teoría de la relatividad general en una estrella. No solo eso. Además confirma la hipótesis de que en Sagitario A hay un agujero negro supermasivo cuya masa probablemente excede cuatro millones de veces la del Sol.

La medición de la órbita de S2 no hubiera sido posible sin los instrumentos del Telescopio Muy Grande (Very Large Telescope o VLT) situado en el Cerro de Atacama, en Chile. El interferómetro del VLT y sus cuatro telescopios de ocho metros se han combinado para ofrecer un telescopio virtual con una óptica equivalente a 130 metros. La precisión a la hora de medir la trayectoria y velocidad de la estrella es tan alta que los datos servirán no solo para estudiar el agujero negro en el centro de Sagitario A, sino también para cartografiar la materia oscura en esa región del espacio. [Astronomy & Astrophysics vía ESO]

Editor en Gizmodo, fotógrafo y guardián de la gran biblioteca de artículos. A veces llevo una espada.

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