Muchas teorías alternativas de la gravedad se han soñado en el baño, mientras esperan un autobús, o tal vez con una bebida ligera o dos. En estos días es posible desacreditar (o de otro modo) su propia teoría de mascotas al predecir en papel lo que debería sucederle a un objeto que está orbitando de cerca un agujero negro, y luego probar esas predicciones contra las observaciones de S2 y quizás otras estrellas que orbitan de cerca El agujero negro supermasivo central de la galaxia: se cree que está situado en la fuente de radio Sagitario A *.
S2, una estrella brillante de clase espectral B, se ha observado de cerca desde 1995, tiempo durante el cual se ha completado más de una órbita del agujero negro, dado que su período orbital es inferior a 16 años. Se puede esperar que la dinámica orbital de S2 difiera de lo que predeciría el 3 de Keplerrd ley y la ley de gravedad de Newton, en una cantidad que es tres órdenes de magnitud mayor que la cantidad anómala vista en la órbita de Mercurio. Tanto en los casos de Mercurio como de S2, estos efectos aparentemente anómalos son predichos por la teoría de la relatividad general de Einstein, como resultado de la curvatura del espacio-tiempo causada por un objeto masivo cercano: el Sol en el caso de Mercurio y el agujero negro en el caso de S2.
S2 viaja a una velocidad orbital de aproximadamente 5.000 kilómetros por segundo, que es casi el 2% de la velocidad de la luz. En la periapsis (punto más cercano) de su órbita, se cree que se encuentra dentro de los 5 mil millones de kilómetros del radio de Schwarzschild del agujero negro supermasivo, siendo el límite más allá del cual la luz ya no puede escapar, y un punto que podríamos considerar libremente La superficie del agujero negro. El radio de Schwarzschild del agujero negro supermasivo es aproximadamente la distancia del Sol a la órbita de Mercurio, y en la periapsis, S2 está aproximadamente a la misma distancia del agujero negro que Plutón del Sol.
Se estima que el agujero negro supermasivo tiene una masa de aproximadamente cuatro millones de masas solares, lo que significa que puede haber cenado en varios millones de estrellas desde su formación en el universo temprano, y significa que S2 solo logra aferrarse a la existencia en virtud de su estupenda velocidad orbital, que lo mantiene cayendo, en lugar de caer, en el agujero negro. A modo de comparación, Plutón permanece en órbita alrededor del Sol manteniendo una velocidad orbital pausada de casi 5 kilómetros por segundo.
El conjunto de datos detallados de la posición astrométrica de S2 (ascensión recta y declinación) cambia con el tiempo, y a partir de ahí, su velocidad radial calculada en diferentes puntos a lo largo de su órbita, brinda la oportunidad de probar predicciones teóricas contra observaciones.
Por ejemplo, con estos datos, es posible rastrear varias características no keplerianas y no newtonianas de la órbita de S2, que incluyen:
- los efectos de la relatividad general (desde un marco de referencia externo, los relojes se ralentizan y las longitudes se contraen en campos de gravedad más fuertes). Estas son características que se esperan de orbitar un agujero negro clásico de Schwarzschild;
- el momento de la masa cuadrápole (una forma de tener en cuenta el hecho de que el campo gravitacional de un cuerpo celeste puede no ser muy esférico debido a su rotación). Estas son características adicionales que se esperan de orbitar un agujero negro de Kerr, es decir, un agujero negro con giro; y
- materia oscura (la física convencional sugiere que la galaxia debería separarse debido a la velocidad a la que gira, lo que lleva a la conclusión de que hay más masa presente de lo que parece).
Pero bueno, esa es solo una forma de interpretar los datos. Si quieres probar algunas teorías alternativas, como, por ejemplo, la teoría del espacio de cuerdas oceánicas, bueno, esta es tu oportunidad.
Otras lecturas: Iorio, L. (2010) Efectos relativistas clásicos y generales a largo plazo sobre las velocidades radiales de las estrellas que orbitan Sgr A *.
