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TELESCOPIOS EN CHILE OBSERVAN CORAZÓN DE LA VÍA LÁCTEA

El Premio Nobel de Física 2020 fue otorgado a una investigación sobre el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea llevada a cabo con telescopios de ESO en Chile.

(06 Enero, 2021 - ESO/CA) El Dr. Reinhard Genzel, uno de los tres ganadores del Premio Nobel de Física 2020 y actual director del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, en Alemania, junto a su equipo comenzaron con la observación de las estrellas del centro de la Vía Láctea en 1992, utilizando el instrumento SHARP, una cámara de alta resolución sensible al infrarrojo cercano, instalada en el Telescopio de Nueva Tecnología (NTT) de ESO, en el Observatorio La Silla, en Chile.

Imagen: En la foto, el rayo láser del telescopio Yepun del VLT de Cerro Paranal de ESO, cruza el majestuoso cielo austral y crea una estrella artificial a una altura de 90 kilómetros en la mesósfera de la Tierra (1). La Estrella Guía Láser es parte del sistema de óptica adaptativa del VLT y es usada como referencia para corregir las distorsiones causadas por la atmósfera en las imágenes. Usando esta técnica los astrónomos pueden realizar observaciones más nítidas. Por ejemplo, al mirar el centro de nuestra Vía Láctea, los investigadores pueden monitorear mejor el núcleo galáctico donde un agujero negro súpermasivo, rodeado por estrellas que orbitan muy cerca unas de otras, está tragando gas y polvo. La foto, que fue elegida Foto Astronómica del Día el 6 de septiembre de 2010, fue tomada con un lente gran angular y cubre unos 180 grados del cielo. Crédito: ESO/Y. Beletsky

Con este instrumento pudieron observar através de las nubes de polvo y gases que nos ocultan el centro de nuestra galaxia para estudiar sus alrededores, en un trabajo pionero para su época. Descubriendo allí un grupo de estrellas que se movían muy rápido alrededor de lo que podría ser un agujero negro de enormes proporciones, el que luego de ser confirmado fue bautizado como Sagitario A* (se lee Sagitario star).

Más tarde, para continuar su estudio de Sagitario A*, el equipo utilizó instrumentos extremadamente sensibles al infrarrojo instalados en el Very Large Telescope (VLT) de ESO y en el VLTI (Very Large Telescope Interferometer), en el Observatorio Paranal, en concreto los instrumentos NACO, SINFONI y, después, GRAVITY.

En 2008, después de 16 años rastreando estrellas que orbitaban a Sagitario A*, el equipo obtuvo la mejor evidencia empírica de que existe un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia. Tanto el grupo de Genzel como el de la Dra. Andrea Ghez, de Estados Unidos, trazaron con precisión la órbita de una estrella en particular, S2, que alcanzó la distancia más cercana a Sagitario A* en mayo de 2018. Posteriormente ESO llevó a cabo una serie de desarrollos y mejoras de infraestructura en Paranal con el fin de poder llevar a cabo medidas precisas de la posición y velocidad de S2.

Imagen arriba: Las partes centrales de nuestra galaxia, la Vía Láctea, observadas en el infrarrojo cercano con el instrumento NACO del Very Large Telescope de ESO. Siguiendo los movimientos de las estrellas más cercanas al centro durante más de 16 años, los astrónomos fueron capaces de determinar la masa del agujero negro súpermasivo que yace en su interior. Crédito: ESO/S. Gillessen et al. (Haga click en la imagen para agrandar).

Genzel comparte la mitad del premio con la Dra. Ghez, una profesora de la Universidad de California (Los Ángeles, Estados Unidos), "por el descubrimiento de un objeto compacto supermasivo en el centro de nuestra galaxia"; la otra mitad ha sido otorgada a Roger Penrose, profesor de la Universidad de Oxford (Reino Unido), “por descubrir que la formación de agujeros negros es una predicción robusta de la teoría general de la relatividad”.

El equipo liderado por Genzel descubrió que la luz emitida por la estrella cercana al agujero negro supermasivo se estiró a longitudes de onda más largas, un efecto conocido como desplazamiento gravitatorio, confirmando por primera vez la relatividad general de Einstein cerca de un agujero negro supermasivo. A principios del año pasado, el equipo anunció que había visto la danza de S2 alrededor del agujero negro supermasivo, mostrando que su órbita tiene la forma de una roseta, un efecto llamado precesión de Schwarzschild que fue predicho por Einstein.

“La relatividad general de Einstein predice que las órbitas ligadas de un objeto alrededor de otro más masivo no son cerradas, como afirma la gravedad newtoniana, sino que preceden hacia adelante en el plano del movimiento. Este famoso efecto, visto por primera vez en la órbita del planeta Mercurio alrededor del Sol, fue la primera evidencia a favor de la Relatividad General. Cien años después, ahora hemos detectado el mismo efecto en el movimiento de una estrella que orbita la fuente de radio compacta Sagitario A* en el centro de la Vía Láctea.

Este avance observacional refuerza la evidencia de que Sagitario A* debe ser un agujero negro supermasivo con 4 millones de veces la masa del Sol”, dice Genzel, el arquitecto del programa de 30 años que llevó a este resultado.

Ubicado a 26 000 años luz del Sol, Sagitario A* y el denso cúmulo de estrellas que lo rodea proporcionan un laboratorio único para probar la física en un régimen de gravedad extremo e inexplorado. Una de estas estrellas, S2, se desplaza hacia el agujero negro supermasivo a una distancia más cercana de menos de 20 mil millones de kilómetros (ciento treinta y tres veces la distancia entre el Sol y la Tierra), lo que la convierte en una de las estrellas más cercanas jamás encontradas en órbita alrededor del masivo agujero negro. En su aproximación más cercana al agujero negro, S2 se precipita a través del espacio a casi el tres por ciento de la velocidad de la luz, completando una órbita una vez cada 16 años.

"Después de seguir a la estrella en su órbita durante más de dos décadas y media, nuestras precisasas mediciones detectan de forma segura la precesión de Schwarzschild de S2 en su camino alrededor de Sagitario A*", dice Stefan Gillessen del MPE, quien dirigió el análisis de las mediciones publicadas hoy en la revista Astronomy & Astrophysics.

Reinhard Genzel y Andrea Ghez han sido galardonados conjuntamente con el Premio Nobel de Física 2020 por su trabajo sobre el agujero negro supermasivo, Sagitario A*, situado en el centro de nuestra galaxia. Genzel comparte la mitad del premio con Ghez, una profesora de la Universidad de California (Los Ángeles, Estados Unidos), "por el descubrimiento de un objeto compacto supermasivo en el centro de nuestra galaxia"; la otra mitad ha sido otorgada a Roger Penrose, profesor de la Universidad de Oxford (Reino Unido), “por descubrir que la formación de agujeros negros es una predicción robusta de la teoría general de la relatividad”.

ESO ha trabajado en colaboración muy estrecha con Genzel y su grupo durante unos 30 años. Desde principios de la década de 1990, Genzel y su equipo, en cooperación con ESO, han desarrollado instrumentos diseñados para rastrear las órbitas de las estrellas que se encuentran en la región de Sagitario A*, en el centro de la Vía Láctea.

Genzel y su equipo también participan en el desarrollo de instrumentos que se instalarán en el ELT, el Telescopio Extremadamente Grande de ESO, actualmente en construcción en Cerro Armazones en el desierto chileno de Atacama, lo que les permitirá sondear el entorno aún más cercano del agujero negro supermasivo.

Imagen Arriba: Este diagrama muestra el movimiento de la estrella S2 alrededor del agujero negro supermasivo del centro de la Vía Láctea. Se ha compilado a partir de observaciones con instrumentos y telescopios de ESO durante un período de más de 25 años. La estrella tarda 16 años en completar una órbita y estaba muy cerca del agujero negro en mayo de 2018. Hay que tener en cuenta que los tamaños del agujero negro y la estrella no están a escala. Crédito: ESO/MPE/GRAVITY Collaboration.

Imagen Arriba: Las observaciones han revelado por primera vez que una estrella que orbita el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea se mueve tal como lo predice la teoría de la relatividad general de Einstein. Su órbita tiene la forma de una roseta y no de una elipse como predice la teoría de la gravedad de Newton. Este efecto, conocido como precesión de Schwarzschild, nunca antes se había medido para una estrella alrededor de un agujero negro supermasivo. La impresión de este artista ilustra la precesión de la órbita de la estrella, con el efecto exagerado para facilitar la visualización. Cada vez que la estrella S2 pasa por el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, recibe una "patada", tal como lo predice la teoría de la relatividad general de Einstein. La órbita de S2 cambia ligeramente con cada giro, creando una forma de roseta.Crédito: ESO / L. Calçada.

Artículo original Revista Astronomy & Astrophysics, Abril 2020.

Notas:

1: El color del láser está precisamente calibrado para energizar los átomos de sodio que se encuentran en una de las capas superiores de la atmósfera – se puede ver que el color del láser recuerda al típico color de las lámparas de sodio del alumbrado público. Se cree que esta capa de átomos de sodio es dejada por meteoritos que ingresan a la atmósfera de la Tierra. Al ser excitados por la luz del láser, los átomos comienzan a brillar, formando un pequeño punto brillante que puede ser usado como una estrella artificial que sirve como referencia para la óptica adaptativa.

Artículo original Revista Astronomy & Astrophysics, Abril 2020.

PRIMERA IMAGEN DE LA SOMBRA DE UN AGUJERO NEGRO.


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