La astronomía acaba de encontrar un nuevo laboratorio natural para estudiar uno de los fenómenos más difíciles de medir del Universo. Un equipo internacional ha identificado S301, la estrella más rápida conocida de la Vía Láctea, siguiendo una órbita extremadamente próxima a Sagitario A*, el agujero negro supermasivo situado en el centro de nuestra galaxia.

La importancia del descubrimiento no reside únicamente en el récord de velocidad. S301 alcanza aproximadamente 25.000 kilómetros por segundo, un 8.3 % de la velocidad de la luz, y completa su órbita alrededor de Sagitario A* cada 8,7 años. En su máxima aproximación se sitúa a una distancia comparable a la que separa al Sol de Saturno. Precisamente esa proximidad puede permitir a los astrónomos detectar un efecto que hasta ahora ha sido extraordinariamente difícil de medir: el arrastre del espacio-tiempo provocado por la rotación del agujero negro.

El estudio, basado en observaciones del instrumento GRAVITY del Interferómetro del Very Large Telescope (VLTI) del Observatorio Europeo Austral (ESO), abre así una posibilidad mucho más ambiciosa: determinar durante la próxima década el espín de Sagitario A* y utilizarlo como una prueba directa de la relatividad general en uno de los entornos gravitatorios más extremos que existen. (ESO)

El dato más espectacular es su velocidad. Cuando S301 alcanza el punto más cercano de su órbita, viaja a unos 25.000 km/s. Para ponerlo en perspectiva, equivale a unas 100.000 veces la velocidad de un avión comercial y supera el 8 % de la velocidad de la luz.

S301 se acerca a Sagitario A* más que cualquier otra estrella conocida. El agujero negro posee una masa de aproximadamente cuatro millones de veces la del Sol y concentra esa enorme cantidad de materia en una región extremadamente compacta. Las observaciones durante décadas de las estrellas que orbitan el centro galáctico permitieron establecer con enorme precisión la presencia de este objeto supermasivo.

Su órbita es tan cerrada que la estrella atraviesa una región donde las leyes de la gravedad dejan de comportarse como una aproximación newtoniana sencilla. Allí comienzan a resultar decisivos los efectos predichos por Albert Einstein.

¿Por qué puede medir el giro de un agujero negro?

La idea es relativamente sencilla: los astrónomos medirán con enorme precisión la trayectoria de la estrella durante sucesivos acercamientos y buscarán pequeñas desviaciones respecto de la órbita que tendría alrededor de un objeto cuya gravedad dependiera exclusivamente de su masa.

Si esas desviaciones pueden determinarse con suficiente precisión, será posible extraer información valiosa sobre la velocidad de rotación de Sagitario A*. La relevancia científica de este logro es considerable ya que, si bien hasta ahora conocemos bastante bien la masa de este agujero negro supermasivo, medir directamente su giro constituye un problema físico mucho más complicado.

La reciente detección de la estrella S301 no supone que la teoría de la relatividad general de Einstein haya sido demostrada nuevamente de forma automática, ya que el verdadero experimento todavía está por delante. Para validar este hallazgo, los investigadores necesitan acumular observaciones detalladas durante años con el fin de determinar la órbita de la estrella con una precisión suficiente.

En este sentido, el próximo gran hito científico llegará en 2031, año en que S301 volverá a alcanzar su máxima aproximación al agujero negro supermasivo Sagitario A*. Este segundo acercamiento resultará fundamental, pues permitirá comparar minuciosamente la trayectoria observada con los modelos gravitatorios teóricos, reduciendo así los márgenes de incertidumbre actuales.

El equipo pretende seguir la estrella durante al menos dos órbitas completas. Con esa información será posible restringir mucho mejor su trayectoria y, potencialmente, extraer el valor del espín de Sagitario A*. La ventana temporal explica por qué este descubrimiento es importante ahora, pero también por qué sus resultados definitivos no serán inmediatos. La astronomía de precisión necesita paciencia cuando lo que se pretende medir son efectos minúsculos producidos a 26.000 años luz de distancia.

El misterio de cómo llegó hasta allí

Localizar S301 supuso un desafío sin precedentes para la astronomía observacional debido al denso polvo interestelar que bloquea el centro galáctico. Desde la Tierra, esta estrella de tipo espectral temprano es extraordinariamente tenue: posee una magnitud aparente en la banda K de aproximadamente 19,4, lo que significa que es unos 2.000 millones de veces más débil en el espectro infrarrojo que Betelgeuse en el cielo nocturno.

Para lograr su detección y aislar su señal en una región tan congestionada, fue estrictamente necesario utilizar el sistema de interferometría GRAVITY+ instalado en el Very Large Telescope Interferometer (VLTI). Este instrumento de vanguardia combinó simultáneamente la luz de los cuatro Telescopios Principales (UT) de 8,2 metros del Observatorio Paranal en el desierto de Atacama, Chile, alcanzando una resolución angular equivalente a la de un telescopio virtual de 130 metros de diámetro.

La interferometría permite que esos telescopios funcionen conjuntamente como un enorme telescopio virtual. El resultado es una resolución espacial muy superior a la que ofrecería cualquiera de ellos por separado.

El instrumento permitió detectar S301 en la primavera de 2023 y comenzar a reconstruir su trayectoria. Los investigadores pudieron además remontarse hasta observaciones realizadas desde 2017 y establecer que su aproximación más reciente a Sagitario A* tuvo lugar a comienzos de 2023.

Durante este violento proceso, una de las estrellas habría quedado atrapada en una órbita cerrada alrededor del agujero negro, mientras que la otra, tras recibir una enorme transferencia de energía cinética, habría sido expulsada a una velocidad tan extrema que, posiblemente, podría abandonar la propia Vía Láctea. Este fenómeno, conocido en astronomía como el mecanismo de disrupción de una pareja estelar por un agujero negro, ofrece una explicación totalmente plausible para la aparición de un cuerpo celeste en una trayectoria tan extrema. En otras palabras, la estrella S301 podría ser el resultado directo de una antigua interacción gravitatoria en la que Sagitario A* actuó de forma simultánea como capturador y lanzador estelar.

La etiqueta de "estrella más rápida de la Vía Láctea" es llamativa, pero científicamente es secundaria.

El verdadero valor de S301 está en que puede convertirse en una especie de sonda natural del espacio-tiempo. En lugar de intentar observar directamente el interior de un agujero negro —algo imposible una vez atravesado el horizonte de sucesos—, los investigadores pueden estudiar cómo su gravedad modifica el movimiento de un objeto que permanece fuera de él.

La estrategia recuerda a otros experimentos fundamentales de la física: no se observa directamente el fenómeno, sino sus efectos sobre algo que puede medirse. Y en este caso el instrumento es una estrella que se desplaza a una velocidad extraordinaria.

El descubrimiento llega además en un momento en que las observaciones de agujeros negros están entrando en una etapa cada vez más precisa. La primera imagen de Sagitario A* obtenida por el Event Horizon Telescope proporcionó una visión directa de la región alrededor del agujero negro, mientras que el seguimiento de estrellas permite estudiar su campo gravitatorio desde otra perspectiva. @mundiario