En las condiciones extremas que se dan en el corazón de la galaxia Vía Láctea, pueden ocurrir cosas bastante extrañas.
Y con "extraño" nos referimos a una locura casi inimaginable.
Alberga un agujero negro supermasivo llamado Sagitario A*, cuya masa es aproximadamente 4,3 millones de veces mayor que la del Sol.
Si bien esta cifra es relativamente modesta para un agujero negro supermasivo, las fuerzas gravitacionales en su proximidad inmediata provocan un comportamiento bastante impredecible en las estrellas que lo habitan.
Y ahora los astrónomos han descubierto un objeto que empequeñece a todos los demás.
Tal como se describe en un nuevo artículo de revista. Naturaleza , S301 orbita a una velocidad increíblemente alta, con un periodo de 8,7 años alrededor de Sgr A*, alcanzando una velocidad máxima de más de 25.000 kilómetros (15.534 millas) por segundo durante su máximo acercamiento al agujero negro, a una distancia comparable a la que existe entre Saturno y el Sol.
Eso representa un 8,5 por ciento de la velocidad de la luz y, finalmente, está lo suficientemente cerca como para realizar mediciones que podrían revelar propiedades esquivas del propio Sgr A*, primero su espín y luego si obedece la famosa teoría de que los agujeros negros no tienen "pelo".
«"El centro galáctico es como un laboratorio remoto, y las estrellas son las sondas de medición", declaró a ScienceAlert el astrofísico Felix Mang, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Alemania, miembro de la colaboración GRAVITY+ que analizó la estrella.
«"Nuestras mediciones (con una precisión determinada) alcanzan el nivel de la estrella más cercana a SgrA*. Ahora que contamos con una sonda con la que podemos medir la curvatura del espaciotiempo en rotación alrededor de este agujero negro supermasivo, es sencillamente increíble.".
El agujero negro en el centro de la Vía Láctea es difícil de estudiar. Dado que los agujeros negros no emiten luz detectable, la mejor herramienta para estudiarlos es el comportamiento de los objetos que los rodean.
El objeto que rodea a Sgr A* es bastante interesante. Está rodeado por un enjambre de estrellas que se mueven en órbitas elípticas en bucle, que los científicos han utilizado en el pasado para medir las propiedades del agujero negro y poner a prueba la relatividad general en uno de los entornos más extremos que podemos observar.
Una de las estrellas, S2, resultó especialmente útil.
Su órbita de 16 años, que en 2018 acercó a la estrella a tan solo 17 horas luz del centro galáctico, permitió a los astrónomos medir su desplazamiento gravitacional al rojo y la precesión de Schwarzschild, efectos causados por la enorme masa de Sgr A*.
Pero el S301 lleva la emoción de conducir hacia un agujero negro a un nivel completamente nuevo.
Su órbita increíblemente excéntrica la acerca unas 10 veces más a Sgr A* que a S2, y se precipita rápidamente en el pozo gravitacional del agujero negro, donde, como una montaña rusa que se precipita al abismo, acelera hasta alcanzar su vertiginosa velocidad máxima antes de salir disparada de nuevo.
Y, como en una montaña rusa, la emoción de este viaje no reside solo en la velocidad máxima. Lo que importa es lo que sucede durante el trayecto.
En su punto de máxima aproximación, o periapsis, S301 está lo suficientemente cerca de Sgr A* como para atravesar el mismísimo tejido del espacio-tiempo, arrastrado por la rotación del agujero negro, como si se clavara un tenedor en un plato de espaguetis y se hiciera girar.
Este fenómeno se conoce como el efecto de "arrastre del marco" o efecto Lenz-Thirring.
Este movimiento de rotación debería alterar la órbita de S301 muy ligeramente. Los científicos pueden calcular con precisión cómo habría sido la órbita de S301 sin la influencia de su profunda inmersión en la región de Lense-Thirring; al comparar esta predicción con la órbita real modificada, se obtiene un punto de partida para calcular la rotación de Sgr A*.
Esto podría acercarnos a la comprobación del teorema de la ausencia de pelo, que establece que, para un agujero negro prácticamente sin carga, conociendo su masa y su espín, todas las demás características de su campo gravitatorio deberían ser predecibles a partir de estas propiedades únicamente.
«"Nuestro grupo ya ha medido la masa de Sgr A* con una precisión de una fracción de porcentaje", declaró Mang a ScienceAlert.
«"Estudiar la rotación sería el siguiente paso para demostrar el teorema de la ausencia de pelo, y en particular, la rotación de un agujero negro masivo no tiene precedentes.".
Las mediciones de rotación por sí solas son insuficientes para resolver esta cuestión. Pero con suficientes observaciones, la órbita de S301 podría revelar otra característica del campo gravitatorio de Sgr A*, denominada momento cuadrupolar.
La relatividad general predice con precisión cuál debería ser esta dimensión, basándose en la masa y el espín del agujero negro. Si las observaciones coinciden con estas predicciones, Sgr A* superará una prueba crucial del teorema de la ausencia de pelo.
Quizás el S301 tenga otra historia increíble que merezca ser contada.
La órbita extremadamente excéntrica sugiere que la estrella pudo haber formado parte de un sistema binario que se acercó demasiado a Sgr A*. En un proceso conocido como el mecanismo de Hills, un agujero negro puede separar dicho sistema, capturando una estrella en una órbita muy cercana y expulsando la otra a una velocidad tremenda.
Esto podría explicar cómo S301 terminó en su trayectoria extrema actual, aunque su órbita por sí sola no es suficiente para confirmar este escenario.
Encontrar a su antiguo compañero, perdido hace mucho tiempo, alejándose del Centro Galáctico sería una prueba mucho más convincente.
Y dado que la órbita es tan corta, no tendremos que esperar mucho. S301 volverá a alcanzar el periapsis hacia finales de 2031, cuando la influencia de la rotación sobre su órbita será máxima.
La colaboración GRAVITY+ continuará observando S301, y el próximo instrumento MICADO en el Telescopio Extremadamente Grande del Observatorio Europeo Austral debería ayudar a los astrónomos a reconstruir su movimiento en tres dimensiones.
Sobre el tema: Puede que haya algo mucho más oscuro que un agujero negro acechando en el corazón de la Vía Láctea.
En conjunto, estas observaciones permitirán al equipo determinar con precisión la rotación de Sgr A* durante la próxima década.
Y en las profundidades de la Vía Láctea, puede que se escondan otros tesoros.
«"Esperamos que haya más estrellas como S301 en el centro galáctico, y si encontramos una, nos resultará aún más fácil medir la rotación", dijo Mang.
«"La intensidad de la señal ya no dependerá únicamente de la orientación relativa del eje de rotación del agujero negro y la órbita de S301.".
Los resultados del descubrimiento se publicaron en revista Naturaleza .
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