Nota de prensa

Inédito estudio de 16 años rastreó estrellas orbitando el agujero negro de la vía láctea

10 de Diciembre de 2008

En un estudio de 16 años de duración, que utilizó varios de los telescopios de ESO en Chile, un equipo de astrónomos alemanes produjo la vista más detallada que se conoce de los contornos del monstruo que yace en el corazón de nuestra galaxia: un agujero negro súpermasivo. La investigación desentrañó los secretos ocultos de esta zona tumultuosa rastreando la órbita de cerca de 30 estrellas, cinco veces más que los estudios previos. Una de las estrellas cumplió incluso una órbita completa alrededor del agujero negro..

Al observar, con admirable paciencia e increíble precisión, los movimientos de 28 estrellas que orbitan la zona más central de la Vía Láctea, los astrónomos fueron capaces de estudiar el agujero negro súpermasivo que allí se encuentra, conocido como "Sagittarius A*". El nuevo estudio marca la primera vez que se miden con precisión las órbitas de tantas estrellas del centro galáctico y revela información sobre la enigmática formación de estas estrellas, y sobre el agujero negro que circundan.

"El centro de la galaxia es un laboratorio único donde podemos estudiar los procesos fundamentales de la gravitación fuerte, las dinámicas estelares y la formación de las estrellas que son de gran relevancia para todos los otros núcleos galácticos, con un nivel de detalles que nunca será posible alcanzar más allá de nuestra galaxia“, explica Reinhard Genzel, líder del equipo del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, en Garching cerca de Munich.

El polvo interestelar que cubre la galaxia impide nuestra visión directa de la región central de la Vía Láctea en luz visible. Por eso los astrónomos usaron longitudes de onda infrarojas que pueden penetrar el polvo para investigar la zona. Si bien es un desafío tecnológico, el esfuerzo bien vale la pena. "El Centro Galáctico alberga el agujero negro súpermasivo más cercano conocido. De ahí que sea el mejor lugar para estudiar los agujeros negros en detalle“, señala el autor principal del estudio, Stefan Gillessen.

El equipo usó las estrellas centrales como “partículas de pueba“ al observar cómo se mueven en torno a Sagittarius A*. Al igual que las hojas atrapadas en una ráfaga de viento, estas estrellas revelan una compleja red de corrientes de aire, así como el nexo de fuerzas que trabajan en el centro galáctico. Estas observaciones pueden entonces ser usadas para inferir propiedades importantes del agujero negro en sí mismo, tales como su masa y distancia. El nuevo estudio mostró además que al menos el 95% de la masa detectada por las estrellas tiene que estar en el agujero negro.

"Sin duda el aspecto más espectacular de nuestro extenso estudio es que ha entregado lo que se considera ahora como la mejor evidencia empírica de que los agujeros negros súpermasivos realmente existen. Las órbitas estelares en el Centro Galáctico muestran que la concentración central de masa de cuatro millones de masas solares debe ser un agujero negro, más allá de cualquier duda razonable“, dice Genzel. Las observaciones permitieron además a los astrónomos localizar con gran precisión nuestra distancia del centro de la galaxia, que ahora se calcula en 27.000 años-luz.

Para construir esta imagen sin paralelo del corazón de la Vía Láctea y calcular la órbita de las estrellas individuales, el equipo tuvo que estudiar esas estrellas por muchos años. Estos recientes y pioneros resultados representan por consiguiente 16 años de dedicada labor, que comenzaron con observaciones realizadas en 1992 con la cámara SHARP instalada en el New Technology Telescope de 3,5 metros de ESO, ubicado en el Observatorio La Silla de Chile. Posteriormente, desde 2002, se realizaron nuevas observaciones utilizando dos instrumentos instalados en el Very Large Telescope (VLT) de 8,2 metros de ESO en Chile. Un total de aproximadamente 50 noches de tiempo de observación con telescopios de ESO a lo largo de 16 años han sido utilizadas para completar esta increíble serie de observaciones.

El nuevo trabajo mejoró la precisión con la que los astrónomos pueden medir las posiciones de las estrellas en un factor de seis comparado a los estudios previos. La precisión final es de 300 microarcosegundos, equivalentes a mirar una moneda a una distancia de cerca de 10.000 kms.

Por primera vez el número de órbitas estelares conocidas es lo suficientemente grande como para buscar propiedades comunes entre ellas. “Las estrellas de la zona más interna están en órbitas aleatorias, como un enjambre de abejas“, indica Gillesen. “Sin embargo, más afuera, seis de las 28 estrellas orbitan el agujero negro en un disco. En este sentido, el nuevo estudio también confirma explícitamente trabajos anteriores en que se había encontrado el disco, pero sólo en un sentido estadístico. Movimientos ordenados afuera del mes-luz central, órbitas orientadas aleatoriamente al interior: así es como mejor se describe la dinámica de las estrella jóvenes en el Centro Galáctico“.

Una estrella en particular, conocida como S2, orbita el centro de la Vía Láctea tan rápido que concluyó una revolución completa dentro del período de 16 años que tomó el estudio. Observar una órbita completa de S2 ha sido una contribución crucial para la alta precisión alcanzada y para la comprensión de esta zona. Aún así, continua siendo un misterio entender cómo estas estrellas jóvenes llegaron a poseer las óbitas que hoy se observan. Son muy jóvenes para haber migrado de lejos, pero pareciera más improbable que se hayan formado en las órbitas actuales donde actúan las fuerzas del agujero negro. Futuras observaciones ya están siendo planificadas para probar diversos modelos teóricos que intentan resolver este enigma.

"ESO aún tiene mucho que mirar hacia adelante“, dice Genzel. “Para estudios futuros en la vecindad inmediata al agujero negro, necesitamos una mayor resolución angular que posible hasta hoy “. De acuerdo a Frank Eisenhauer, investigador principal de la nueva generación de instrumentos GRAVITY, ESO pronto será capaz de obtener esa resolución necesaria. “El próximo gran avance será el de combinar la luz de los cuatro telescopios de 8,2 metros del VLT – una técnica conocida como interferomatría. Esto mejorará la precisión de las observaciones en un factor de 10 a 100 sobre lo que es posible actualmente. Esta combinación posee el potencial de probar directamente la teoría de la relatividad de Einstein en la inexplorada zona cercana al agujero negro“.

Notas

Estas observaciones son la culminación de 16 años de una gran campaña de rastreo que comenzó en 1992 con el New Technology Telescope de ESO y el instrumento SHARP. Continuó con el Very Large Telescope de ESO y los instrumentos NACO y SINFONI. Ambos instrumentos utilizan la óptica adaptativa, que permite a los astrónomos evitar el efecto borroso de la atmósfera. Si el centro de la Vía Láctea está muy densamente poblado, es necesario observarlo con la mejor resolución posible, por consiguiente, se requiere de óptica adaptativa.

Sólo las señales radiales, luz infraroja y rayos-X pueden alcanzarnos desde el centro de la galaxia. Mientras que las observaciones radiales muestran en su mayoría gas y los observatorios de rayos-X son sensibles a procesos de alta energía, el infrarojo permite que estas estrellas sean observadas.

Información adicional

S. Gillessen et al., Monitoring stellar orbits around the Massive Black Hole in the Galactic Center, 2008, Astrophysical Journal, en prensa.

El equipo está compuesto por Stefan Gillessen, Frank Eisenhauer, Sascha Trippe, Reinhard Genzel, Thomas Ott (MPE, Garching, Alemania), Tal Alexander (Weizmann Institute of Science, Israel), and Fabrice Martins (GRAAL-CNRS, University of Montpellier, Francia). Reinhard Genzel fue galardonado con el prestigioso Premio Shaw en Astronomía 2008 por esta investigación ( más información aquí ).

Contactos

Stefan Gillessen
Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics
Garching, Germany
Teléfono: +49 89 30000 3839
Correo electrónico: ste@mpe.mpg.de

Reinhard Genzel
Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics
Garching, Germany
Teléfono: +49 89 30000 3281
Correo electrónico: genzel@mpe.mpg.de

Frank Eisenhauer
Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics
Garching, Germany
Teléfono: +49 89 30000 3563
Correo electrónico: eisenhau@mpe.mpg.de

Henri Boffin
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Teléfono: +49 89 3200 6222
Correo electrónico: hboffin@eso.org

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ESO
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Francisco Rodríguez (Contacto para medios de comunicación en Chile)
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Esta es una traducción de la nota de prensa de ESO eso0846.