Crédito de imagen: ESO
Un equipo de astrónomos ha visto una estrella que de otra manera sería normal hacer un pase cercano con el agujero negro supermasivo que se esconde en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. En su aproximación más cercana, la estrella estaba a solo 17 horas luz del agujero negro (tres veces la distancia del Sol a Plutón). Las imágenes de la región se recopilaron durante 10 años utilizando el sistema de óptica adaptativa en el Observatorio Paranal del Observatorio Europeo Austral.
Un equipo internacional de astrónomos [2], dirigido por investigadores del Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre (MPE), ha observado directamente una estrella normal que orbita el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea.
Diez años de mediciones minuciosas han sido coronadas por una serie de imágenes únicas obtenidas por el instrumento Adaptive Optics (AO) NAOS-CONICA (NACO) [3] en el telescopio VLT YEPUN de 8.2 m en el Observatorio Paranal ESO. Resulta que a principios de este año, la estrella se acercó al agujero negro central en 17 horas luz, solo tres veces la distancia entre el Sol y el planeta Plutón, mientras viajaba a no menos de 5000 km / seg.
Las mediciones previas de las velocidades de las estrellas cerca del centro de la Vía Láctea y la emisión variable de rayos X desde esta área han proporcionado la evidencia más fuerte hasta ahora de la existencia de un Agujero Negro central en nuestra galaxia local e, implícitamente, que la masa oscura Las concentraciones observadas en muchos núcleos de otras galaxias probablemente también son agujeros negros supermasivos. Sin embargo, aún no ha sido posible excluir varias configuraciones alternativas.
En un artículo innovador que apareció en la revista de investigación Nature el 17 de octubre de 2002, el equipo actual informa de sus emocionantes resultados, incluidas imágenes de alta resolución que permiten rastrear dos tercios de la órbita de una estrella designada "S2". Actualmente es la estrella observable más cercana a la fuente de radio compacta y al candidato masivo de agujero negro "SgrA *" ("Sagitario A") en el centro de la Vía Láctea. El período orbital es de poco más de 15 años.
Las nuevas mediciones excluyen con gran confianza que la masa oscura central consiste en un grupo de estrellas inusuales o partículas elementales, y dejan pocas dudas de la presencia de un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia en la que vivimos.
Cuásares y agujeros negros
Desde el descubrimiento de los cuásares (fuentes de radio cuasi estelares) en 1963, los astrofísicos han buscado una explicación de la producción de energía en estos objetos más luminosos del Universo. Los cuásares residen en los centros de las galaxias, y se cree que la enorme energía emitida por estos objetos se debe a que la materia cae sobre un agujero negro supermasivo, liberando energía gravitacional a través de radiación intensa antes de que ese material desaparezca para siempre en el agujero (en terminología física: "Pasa más allá del horizonte de eventos" [4]).
Para explicar la prodigiosa producción de energía de los cuásares y otras galaxias activas, uno debe conjeturar la presencia de agujeros negros con masas de un millón a varios miles de millones de veces la masa del Sol. Se ha acumulado mucha evidencia durante los últimos años en apoyo del modelo anterior de "agujero negro" para los cuásares y otras galaxias, incluida la detección de concentraciones de masa oscura en sus regiones centrales.
Sin embargo, una prueba inequívoca requiere excluir todas las otras configuraciones posibles de agujeros no negros de la concentración de masa central. Para esto, es imprescindible determinar la forma del campo gravitacional muy cerca del objeto central, y esto no es posible para los quásares distantes debido a las limitaciones tecnológicas de los telescopios disponibles actualmente.
El centro de la Vía Láctea.
El centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, se encuentra en la instalación meridional de Sagitario (El Arquero) y está "solo" a 26,000 años luz de distancia [5]. En imágenes de alta resolución, es posible discernir miles de estrellas individuales dentro de la región central de un año luz (esto corresponde a aproximadamente un cuarto de la distancia a "Proxima Centauri", la estrella más cercana al sistema solar) .
Usando los movimientos de estas estrellas para sondear el campo gravitacional, observaciones con el Telescopio de Nueva Tecnología (NTT) de 3.5 m en el Observatorio La Silla de ESO (Chile) (y posteriormente en el telescopio Keck de 10 m, Hawaii, EE. UU.) Sobre el La última década ha demostrado que una masa de aproximadamente 3 millones de veces la del Sol se concentra en un radio de solo 10 días luz [5] de la fuente compacta de radio y rayos X SgrA * ("Sagitario A") en el centro del cúmulo estelar.
Esto significa que SgrA * es la contraparte más probable del supuesto agujero negro y, al mismo tiempo, hace que el Centro Galáctico sea la mejor evidencia de la existencia de tales agujeros negros supermasivos. Sin embargo, esas investigaciones anteriores no podían excluir varias otras configuraciones de agujeros no negros.
"Entonces necesitábamos imágenes aún más nítidas para resolver el problema de si es posible cualquier configuración que no sea un agujero negro y contamos con el telescopio VLT de ESO para proporcionarlos", explica Reinhard Genzel, Director del Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre ( MPE) en Garching cerca de Munich (Alemania) y miembro del equipo actual. “El nuevo instrumento NAOS-CONICA (NACO), construido en estrecha colaboración entre nuestro instituto, el Instituto Max-Planck de Astronomía (MPIA: Heidelberg, Alemania), ESO y los Observatorios Paris-Meudon y Grenoble (Francia), fue simplemente lo que necesitábamos para dar este paso decisivo hacia adelante ”.
Las observaciones de NACO del centro de la Vía Láctea
El nuevo instrumento NACO [3] se instaló a finales de 2001 en el telescopio VLT YEPUN de 8,2 m. Ya durante las pruebas iniciales, produjo muchas imágenes impresionantes, algunas de las cuales han sido objeto de comunicados de prensa anteriores de ESO [6].
"Las primeras observaciones de este año con NACO nos dieron de inmediato las imágenes más nítidas y 'más profundas' del Centro de la Vía Láctea, que muestran una gran cantidad de estrellas en esa área con gran detalle", dice Andreas Eckart de la Universidad de Colonia, otro miembro del equipo internacional encabezado por Rainer Schüdel, Thomas Ott y Reinhard Genzel de MPE. "¡Pero todavía estábamos abrumados por el maravilloso resultado de esos datos!"
Combinando sus imágenes infrarrojas con datos de radio de alta resolución, el equipo pudo determinar, durante un período de diez años, posiciones muy precisas de aproximadamente mil estrellas en el área central con respecto a la fuente de radio compacta SgrA *, ver PR Photo 23c / 02.
“Cuando incluimos los últimos datos de NACO en nuestro análisis en mayo de 2002, no podíamos creer lo que veíamos. La estrella S2, que actualmente es la más cercana a SgrA *, acaba de realizar un rápido giro cerca de la fuente de radio. De repente nos dimos cuenta de que estábamos presenciando el movimiento de una estrella en órbita alrededor del agujero negro central, acercándolo increíblemente a ese misterioso objeto ", dice un muy feliz Thomas Ott, quien ahora está trabajando en el equipo de MPE en su tesis doctoral. .
En órbita alrededor del agujero negro central
Ningún evento como este ha sido registrado. Estos datos únicos muestran inequívocamente que S2 se mueve a lo largo de una órbita elíptica con SgrA * en un foco, es decir, S2 orbita a SgrA * como la Tierra orbita al Sol, cf. el panel derecho de PR Photo 23c / 02.
Los excelentes datos también permiten una determinación precisa de los parámetros orbitales (forma, tamaño, etc.). Resulta que S2 alcanzó su distancia más cercana a SgrA * en la primavera de 2002, en ese momento estaba a solo 17 horas luz [5] de la fuente de radio, o solo 3 veces la distancia Sol-Plutón. Luego se movía a más de 5000 km / s, o casi doscientas veces la velocidad de la Tierra en su órbita alrededor del Sol. El período orbital es de 15,2 años. La órbita es bastante alargada (la excentricidad es 0.87), lo que indica que S2 está a unos 10 días luz de la masa central en el punto orbital más distante [7].
“Ahora podemos demostrar con certeza que SgrA * es de hecho la ubicación de la masa oscura central que sabíamos que existía. Aún más importante, nuestros nuevos datos se han "reducido" en un factor de varios miles del volumen dentro del cual están contenidos esos millones de masas solares ", dice Rainer Schüdel, estudiante de doctorado en MPE y también primer autor del artículo resultante.
De hecho, los cálculos del modelo ahora indican que la mejor estimación de la masa del Agujero Negro en el centro de la Vía Láctea es 2.6. 0.2 millones de veces la masa del sol.
No hay otras posibilidades
Según el análisis detallado presentado en el artículo de Nature, otras configuraciones previamente posibles, como cúmulos muy compactos de estrellas de neutrones, agujeros negros de tamaño estelar o estrellas de baja masa, o incluso una bola de neutrinos pesados supuestos, ahora se pueden excluir definitivamente.
La única configuración de agujero no negro aún viable es una estrella hipotética de partículas elementales pesadas llamadas bosones, que se verían muy similares a un agujero negro. "Sin embargo", dice Reinhard Genzel, "incluso si tal estrella bosón es en principio posible, de todos modos colapsaría rápidamente en un agujero negro supermasivo, ¡así que creo que hemos resuelto el caso!"
Observaciones siguientes
“La mayoría de los astrofísicos aceptarían que los nuevos datos proporcionan evidencia convincente de que existe un agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. Esto hace aún más probable la interpretación de agujeros negros supermasivos para la enorme concentración de masa oscura detectada en el centro de muchas otras galaxias ”, dice Alvio Renzini, científico del programa VLT en ESO.
Entonces, ¿qué queda por hacer? La próxima gran misión ahora es comprender cuándo y cómo se formaron estos agujeros negros supermasivos y por qué casi todas las galaxias masivas parecen contener uno. La formación de agujeros negros centrales y la de sus propias galaxias anfitrionas parecen ser cada vez más un problema y el mismo. De hecho, uno de los desafíos pendientes para el VLT para resolver en los próximos años.
También hay pocas dudas de que las próximas observaciones interferométricas con instrumentos en el VLT Interferómetro (VLTI) y el Gran Telescopio Binocular (LBT) también darán lugar a otro salto gigante dentro de este emocionante campo de investigación.
Andreas Eckart es optimista: "Quizás sea posible incluso con radiografías y observaciones de radio en los próximos años para demostrar directamente la existencia del horizonte de eventos".
Fuente original: Comunicado de prensa de ESO
