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Apuntando a un corazón oscuro

La pregunta principal que Ghez, Genzel y otros intentan contestar es si en el centro de la Vía Láctea hay un agujero negro súper masivo.

Ya en 1980, observaciones de radio revelaron que hay gas arremolinado en torno a un objeto masivo y oscuro en el centro de la galaxia.  Ese objeto, que resplandecía constante en longitudes de ondas de radio, fue designado Sagitarius A* ("Estrella-A") debido a su situación en la constelación de Sagitario.  Para principios de los años 90, las observaciones de los movimientos de las estrellas y de las nubes de gas sugerían que la masa del objeto oscuro era más de dos millones de veces superior a la del Sol.

Ghez
Andrea Ghez
Genzel
Reinhard Genzel

Pero esa región de  la galaxia está a unos 27,000 años luz, así que parece diminuta incluso en los telescopios más grandes, y está oculta tras espesas nubes de polvo en el disco de la galaxia.  Ningún telescopio ha podido acercarse a la profundidad suficiente en el centro de la galaxia para determinar lo compacto de esa masa, lo que deja mucho espacio para la interpretación.  La gran masa podría haberse concentrado en un solo agujero negro, pero también podría haberse extendido a lo largo de un cúmulo de agujeros negros más pequeños, estrellas de neutrones y otros objetos densos y tenues.

Para limitar las posibilidades hacen falta imágenes más nítidas.  Con los detalles suficientes, los astrónomos podrían ver muchas estrellas en órbita alrededor de la masa concentrada en el centro de la galaxia.  Si se establecen las órbitas de las estrellas, y se aplican luego las leyes de movimiento orbital, los astrónomos podrían calcular la masa del objeto central y limitar las posibilidades del tamaño.  Esas medidas, a su vez, reduciría la lista de explicaciones posibles.

Genzel empezó a hallar esas medidas con un telescopio grande en Chile, y Ghez siguió con las realizadas con el telescopio de 33 pies Keck, en Hawai.  Los dos telescopios están por encima de casi todo el vapor de agua de la atmósfera de la Tierra, lo que les permite ver el universo en longitudes de onda infrarrojas, que penetran las nubes de polvo de la galaxia.

Además, pudieron aplicar una nueva técnica, llamada“specle-imaging” la cual compensa las distorsiones de la atmósfera de la Tierra, tomando miles de imágenes de corta exposición y colocándolas juntas.  Cada plano “congela” la atmósfera, eliminando la distorsión causada cuando la luz estelar pasa por las capas atmosféricas de distinta densidad.  En vez de una mancha borrosa, la estrella se ve como un nítido punto luminoso, algo necesario para trazar con precisión las órbitas de las estrellas en el concurrido centro de la Vía Láctea.

“Buscaba un problema para el que realmente pudiera ayudarnos esa herramienta, ese martillo como si dijéramos” comenta Ghez.”  “Buscaba el clavo apropiado.  En ese punto, estaba claro que la cuestión de si hay un agujero negro súper masivo era perfecta, ya que la tecnología había avanzado hasta el punto de que podríamos observar el centro de la galaxia.”

Así, los dos equipos de investigación empezaron a explorar unas dos docenas de estrellas que están a unas semanas luz de Sagitarius A*.  (La órbita de Neptuno, el planeta más distante del Sol, ocupa unas dos terceras partes de un día luz, que es la distancia que la luz viaja en un día.)  Las estrellas son mucho más grandes y más brillantes que el Sol, por lo que es relativamente fácil distinguirlas.

A lo largo de la década siguiente, los equipos cartografiaron las posiciones de sus estrellas varias veces al año, principalmente en verano en el hemisferio norte, cuando el centro de la galaxia se ve mejor. 

Cuando empezaban a definirse las órbitas, otro avance tecnológico permitió refinar la vista todavía más.

Se llama óptica adaptativa y fue creada por el ejército para seguir a satélites y basura espacial.  El sistema de Keck y el usado por el llamado Telescopio Muy Grande en Chile –un grupo de cuatro telescopios de ocho metros que Genzel ha utilizado en la última década- emiten un láser hacia la atmósfera superior, donde incide en átomos de sodio y los hace brillar.  El telescopio mantiene este punto luminoso enfocado alterando la forma de un telescopio secundario más pequeño, para compensar las distorsiones causadas por los movimientos de la atmósfera.  Si esta “estrella-guía” generada con el láser está bien enfocada, también lo están las estrellas que aparecen cerca de ella en el cielo.  La combinación de técnicas permitió a los astrónomos trazar órbitas detalladas para cada una de las estrellas de sus estudios.  Una de las estrellas, de un resplandeciente brillo azul, designada S2 o SO-2, ya ha completado un giro alrededor de Sagitarius A*, pasando a menos de un día luz de ella, pero la mayoría de las otras todavía no han completado el circuito.  A pesar de ello, los astrónomos han cartografiado las órbitas con suficiente precisión para refinar significativamente las medidas del tamaño y la masa del objeto alrededor del cual orbitan.

This animation shows stars orbiting the supermassive black hole. [Keck/UCLA Galactic Center Group]
Esta animación muestra a las estrellas en órbita alrededor del agujero negro súper masivo. [Keck/UCLA Galactic Center Group]

Además, observaciones continuadas con radio telescopios muestran que el objeto central permanece relativamente fijo en su sitio, en relación a las estrellas que lo rodean, como el poste central de un carrusel.  “Esta fuente es inmóvil, lo que concuerda con que tenga una gran masa porque cuanta más masa tienes, menos te mueves,” explica Milos Milosavljevic, un astrónomo de la Universidad de Tejas, en Austin, que estudia Sagitarius A* y otros agujeros negros súper masivos.  “Vemos las estrellas pero no vemos nada de especial interés en el lugar del centro común, el sitio donde tiene que haber una gran cantidad de masa para poder explicar el movimiento de las estrellas.”

La conclusión, comenta Ghez, tenía la fuerza de la gravedad de un agujero negro.

“"[Pasamos] de saber que hay cuatro millones de veces la masa del Sol confinada en una región donde se ven muchas otras cosas que podrían explicar fácilmente la masa que ves, a una región que es del tamaño de nuestro sistema solar,” explica Ghez.  “Y en ese punto no hay otras alternativas a la explicación de esa concentración de masa.  La única posible es un agujero negro súper masivo.”

¿Comilona de agujero negro? »

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Pregunta de investigación

¿Hay un agujero negro súper masivo en el centro de la Vía Láctea?

Métodos de Investigación

Midiendo los movimientos de las estrellas

Investigadores principales

Andrea Ghez
Reinhard Genzel

Resultados hasta la fecha

En el centro de la galaxia hay un agujero negro súper masivo, de una masa aproximadamente 4.1 millones de veces mayor que la del Sol.

Recursos

UCLA Galactic Center Group

The Galactic Center Massive Black Hole and Nuclear Star Cluster, by
Reinhard Genzel, et. al.

El agujero negro en el centro de nuestra galaxia, by Fulvio Melia, 2003

Dato curioso

Sagitarius A*, el agujero negro en el centro de la Vía Láctea tiene un diámetro de unos 16 millones de millas, aproximadamente la mitad de la distancia del Sol a Mercurio, el planeta más interior.

A view of the star cluster and gas clouds at the center of the Milky Way. [ESO/S. Gillessen et al.]

Estrellas jóvenes apiñadas cerca del agujero negro