Vea las imágenes más profundas hasta el momento del movimiento de las estrellas alrededor del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea

El Interferómetro del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (VLTI de ESO) ha obtenido las imágenes más profundas y nítidas hasta la fecha de la región que hay alrededor del agujero negro supermasivo ubicado en el centro de nuestra galaxia. Las nuevas imágenes nos acercan 20 veces más de lo que era posible antes del VLTI y han ayudado a los astrónomos a encontrar una estrella nunca antes vista cerca del agujero negro. Al rastrear las órbitas de las estrellas del centro de nuestra Vía Láctea, el equipo ha realizado la medición más precisa obtenida hasta el momento de la masa del agujero negro.

Estas imágenes con anotaciones, obtenidas entre marzo y julio de 2021 con el instrumento GRAVITY, instalado en el Interferómetro del Very Large Telescope (VLTI) de ESO, muestran estrellas orbitando muy cerca de Sgr A*, el agujero negro supermasivo que se encuentra en el corazón de la Vía Láctea. Una de estas estrellas, llamada S29, fue observada mientras hacía su aproximación más cercana al agujero negro a 13000 millones de kilómetros, solo 90 veces la distancia entre el Sol y la Tierra. Otra estrella, llamada S300, fue detectada por primera vez en las nuevas observaciones de VLTI. Para obtener las nuevas imágenes, el equipo utilizó una técnica de aprendizaje automático (machine-learning en inglés), llamada Teoría de Campos de Información. Hicieron un modelo de cómo pueden ser las fuentes reales, simularon cómo las vería GRAVITY y compararon esta simulación con las observaciones de GRAVITY. Esto les permitió detectar y rastrear estrellas que se encuentran alrededor de Sagitario A * con una profundidad y precisión incomparables. Crédito: ESO/GRAVITY collaboration

"Queremos aprender más sobre el agujero negro del centro de la Vía Láctea, Sagitario A*: ¿cuán masivo es exactamente? ¿Rota? ¿Se comportan las estrellas de su alrededor tal y como predice la teoría general de la relatividad de Einstein? La mejor manera de responder a estas preguntas es seguir a las estrellas en órbitas cercanas al agujero negro supermasivo. Y aquí demostramos que podemos hacerlo con la mayor precisión alcanzada hasta ahora", explica Reinhard Genzel, director del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) en Garching (Alemania), quien recibió un Premio Nobel en 2020 por la investigación de Sagitario A*. Los últimos resultados de Genzel y su equipo, que amplían su estudio de tres décadas de estrellas que orbitan el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, se publican hoy en dos artículos en la revista Astronomy & Astrophysics.

Esta imagen muestra estrellas orbitando muy cerca de Sgr A* (centro), el agujero negro supermasivo que se encuentra en el corazón de la Vía Láctea. Se obtuvieron a finales de marzo de 2021 con el instrumento GRAVITY, instalado en el Interferómetro del Very Large Telescope (VLTI) de ESO. Crédito: ESO/GRAVITY collaboration

En una búsqueda para encontrar aún más estrellas cerca del agujero negro, el equipo, conocido como la colaboración GRAVITY, desarrolló una nueva técnica de análisis que les ha permitido obtener las imágenes más profundas y nítidas de nuestro Centro Galáctico. "El VLTI nos da esta increíble resolución espacial y, con las nuevas imágenes, alcanzamos una profundidad nunca lograda antes. Estamos atónitos por su cantidad de detalles, y por la actividad y el número de estrellas que revelan alrededor del agujero negro", explica Julia Stadler, investigadora del Instituto Max Planck de Astrofísica en Garching, quien dirigió los esfuerzos del equipo para la obtención de imágenes durante su etapa en MPE. Sorprendentemente, encontraron una estrella, llamada S300, que no se había visto anteriormente, lo que demuestra cuán potente es este método cuando se trata de detectar objetos muy débiles cerca de Sagitario A *.

Esta imagen muestra estrellas orbitando muy cerca de Sgr A* (centro), el agujero negro supermasivo que se encuentra en el corazón de la Vía Láctea. Se obtuvieron a finales de mayo de 2021 con el instrumento GRAVITY, instalado en el Interferómetro del Very Large Telescope (VLTI) de ESO. Crédito: ESO/GRAVITY collaboration

Con sus últimas observaciones, realizadas entre marzo y julio de 2021, el equipo se centró en realizar mediciones precisas de las estrellas a medida que se acercaban al agujero negro. Esto incluye a la estrella S29, que ostenta el récord, ya que hizo su aproximación más cercana al agujero negro a finales de mayo de 2021. Pasó a una distancia de solo 13000 millones de kilómetros, aproximadamente 90 veces la distancia Sol-Tierra, a la impresionante velocidad de 8740 kilómetros por segundo. Nunca se ha observado que ninguna otra estrella pase tan cerca o viaje tan rápido alrededor del agujero negro.

Esta imagen muestra estrellas orbitando muy cerca de Sgr A* (centro), el agujero negro supermasivo que se encuentra en el corazón de la Vía Láctea. Se obtuvieron a finales de junio de 2021 con el instrumento GRAVITY, instalado en el Interferómetro del Very Large Telescope (VLTI) de ESO. Crédito: ESO/GRAVITY collaboration

Las mediciones e imágenes del equipo fueron posibles gracias a GRAVITY, un instrumento único que la colaboración desarrolló para el VLTI de ESO, ubicado en Chile. GRAVITY combina la luz de los cuatro telescopios de 8,2 metros del Very Large Telescope (VLT) de ESO utilizando una técnica llamada interferometría. Esta técnica es compleja, "pero al final se obtienen imágenes 20 veces más nítidas que las que obtendríamos utilizando los telescopios del VLT de forma individual, revelando los secretos del Centro Galáctico", afirma Frank Eisenhauer, del MPE e investigador principal de GRAVITY.

Esta imagen muestra estrellas orbitando muy cerca de Sgr A* (centro), el agujero negro supermasivo que se encuentra en el corazón de la Vía Láctea. Se obtuvieron a finales de julio de 2021 con el instrumento GRAVITY, instalado en el Interferómetro del Very Large Telescope (VLTI) de ESO. Crédito: ESO/GRAVITY collaboration

Seguir a las estrellas en órbitas cercanas alrededor de Sagitario A* nos permite sondear con precisión el campo gravitacional que hay alrededor del agujero negro masivo más cercano a la Tierra, probar la Relatividad General y determinar las propiedades del agujero negro", explica Genzel. Las nuevas observaciones, combinadas con los datos anteriores del equipo, confirman que las estrellas se comportan tal y como predice la Relatividad General para los objetos que se mueven alrededor de un agujero negro con una masa de 4,30 millones de veces la del Sol. Se trata de la estimación más precisa de la masa del agujero negro central de la Vía Láctea hasta la fecha. El equipo de investigación también logró ajustar la distancia a Sagitario A*, determinando que se encuentra a 27 000 años luz de distancia.

GRAVITY es un instrumento de segunda generación que se utiliza en el interferómetro del Very Large Telescope (VLTI) del Very Large Telescope (VLT) en el Observatorio Paranal de ESO. El instrumento vio la primera luz en 2015. Crédito: ESO 

Para obtener las nuevas imágenes, el equipo utilizó una técnica de aprendizaje automático, llamada Teoría de Campos de la Información (Information Field Theory). Hicieron un modelo de cómo pueden ser las fuentes reales, simularon cómo las vería GRAVITY y compararon esta simulación con las observaciones de GRAVITY. Esto les permitió detectar y rastrear estrellas alrededor de Sagitario A* con una profundidad y precisión incomparables. Además de las observaciones con GRAVITY, el equipo también utilizó datos de NACO y SINFONI, dos antiguos instrumentos del VLT, así como mediciones del Observatorio Keck y el Observatorio Gemini de NOIRLab, en los Estados Unidos.

GRAVITY se actualizará a finales de esta década a GRAVITY+, que también se instalará en el VLTI de ESO, aumentando aún más su sensibilidad para detectar estrellas aún más débiles y más cercanas al agujero negro. Finalmente, el equipo tiene como objetivo detectar estrellas tan cercanas que sus órbitas sientan los efectos gravitacionales causados por la rotación del agujero negro. El próximo Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO, en construcción en el desierto chileno de Atacama, permitirá al equipo medir la velocidad de estas estrellas con una precisión muy alta. "Combinando las capacidades de GRAVITY + y el ELT, podremos descubrir la velocidad a la que gira el agujero negro", afirma Eisenhauer. "Hasta ahora, nadie ha sido capaz de hacerlo".

Información adicional

Este trabajo de investigación se ha presentado a través de dos artículos científicos de la colaboración GRAVITY que aparecen en la revista Astronomy & Astrophysics.

El equipo autor del artículo “The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits” (doi:10.1051/0004-6361/202142465) está compuesto por: R. Abuter (Observatorio Europeo Austral, Garching, Alemania [ESO]); A. Amorim (Universidad de Lisboa - Facultad de Ciencias, Portugal; y Centro de Astrofísica y Gravitación, IST, Universidad de Lisboa, Portugal [CENTRA]);  M. Bauböck (Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Garching, Alemania [MPE] y Departamento de Física, Universidad de Illinois, EE.UU.); J. P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, Francia [IPAG] y ESO); H. Bonnet (ESO); G. Bourdarot (IPAG y MPE); W. Brandner (Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania [MPIA]); V. Cardoso (CENTRA y CERN, Ginebra, Suiza); Y. Clénet (Observatorio de París, Universidad PSL, CNRS, Universidad de la Sorbona, Universidad de París, Meudon, Francia [LESIA]); Y. Dallilar (MPE); R. Davies (MPE); P. T. de Zeeuw (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden [Leiden], Países Bajos; y MPE); J. Dexter (Departamento de Astrofísica & Ciencias Planetarias, JILA, Edif. De Física Duane, Universidad de Colorado [Colorado], Boulder, EE.UU.); A. Drescher (MPE); A. Eckart (Primer Instituto de Física, Universidad de Colonia, Alemania [Cologne] e Instituto Max Planck de Radio Astronomía, Bonn, Alemania); F. Eisenhauer (MPE); N. M. Förster Schreiber (MPE); P. Garcia (Facultad de Ingeniería, Universidad de Oporto, Portugal; y CENTRA); F. Gao (Observatorio de Hamburgo, Universidad de Hamburgo, Alemania; y MPE); E. Gendron (LESIA); R. Genzel (MPE y Departamento de Física y Astronomía, Le Conte Hall, Universidad de California, Berkeley, EE.UU.); S. Gillessen (MPE); M. Habibi (MPE); X. Haubois (Observatorio Europeo Austral, Santiago, Chile [ESO Chile]); G. Heißel (LESIA); T. Henning (MPIA); S. Hippler (MPIA); M. Horrobin (Cologne); L. Jochum (ESO Chile); L. Jocou (IPAG); A. Kaufer (ESO Chile); P. Kervella (LESIA); S. Lacour (LESIA); V. Lapeyrère (LESIA); J.-B. Le Bouquin (IPAG); P. Léna (LESIA); D. Lutz (MPE); T. Ott (MPE); T. Paumard (LESIA); K. Perraut (IPAG); G. Perrin (LESIA); O. Pfuhl (ESO y MPE); S. Rabien (MPE); G. Rodríguez-Coira (LESIA); J. Shangguan (MPE); T. Shimizu (MPE); S. Scheithauer (MPIA); J. Stadler (MPE); O. Straub (MPE); C. Straubmeier (Cologne); E. Sturm (MPE); L. J. Tacconi (MPE); K. R. W. Tristram (ESO Chile); F. Vincent (LESIA); S. von Fellenberg (MPE); F. Widmann (MPE); E. Wieprecht (MPE); E. Wiezorrek (MPE); J. Woillez (ESO); S. Yazici (MPE y Cologne); y A. Young (MPE).

El equipo autor del artículo “Deep images of the Galactic Center with GRAVITY” (doi:10.1051/0004-6361/202142459) está formado por: R. Abuter (ESO), P. Arras (Instituto Max Planck de Astrofísica [MPA], Garching, Alemania; y Departamento de Física, Universidad Técnida de Múnich [TUM], Garching, Alemania); M. Bauböck (MPE y Departamento de Física, Universidad de Illinois, EE.UU.); H. Bonnet (ESO); W. Brandner (MPIA); G. Bourdarot (IPAG y MPE); V. Cardoso (CENTRA y CERN); Y. Clénet (LESIA); P. T. de Zeeuw (Leiden y MPE); J. Dexter (Colorado y MPE); Y. Dallilar (MPE); A. Drescher (MPE); A. Eckart (Cologne e Instituto Max Planck de Radioastronomía, Bonn, Alemania); F. Eisenhauer (MPE); T. Enßlin (MPA); N. M. Förster Schreiber (MPE); P. Garcia (Facultad de Ingeniería, Universidad de Oporto, Portugal y CENTRA); F. Gao (Observatorio de Hamburgo, Universidad de Hamburgo, Alemania; y MPE);  E. Gendron (LESIA); R. Genzel (MPE y Departamento de Física y Astronomía, Le Conte Hall, Universidad de California, Berkeley, EE.UU.); S. Gillessen (MPE); M. Habibi (MPE); X. Haubois (ESO Chile); G. Heißel (LESIA); T. Henning (MPIA); S. Hippler (MPIA); M. Horrobin (Cologne); A. Jiménez-Rosales (MPE); L. Jochum (ESO Chile); L. Jocou (IPAG); A. Kaufer (ESO Chile); P. Kervella (LESIA); S. Lacour (LESIA); V. Lapeyrère (LESIA); J.-B. Le Bouquin (IPAG); P. Léna (LESIA); D. Lutz (MPE); T. Ott (MPE); T. Paumard (LESIA); K. Perraut (IPAG); G. Perrin (LESIA); O. Pfuhl (ESO y MPE); S. Rabien (MPE); J. Shangguan (MPE); T. Shimizu (MPE); S. Scheithauer (MPIA); J. Stadler (MPE); O. Straub (MPE); C. Straubmeier (Cologne); E. Sturm (MPE); L.J. Tacconi (MPE); K. R. W. Tristram (ESO Chile); F. Vincent (LESIA); S. von Fellenberg (MPE); I. Waisberg (Departamento de Física de Partículas & Astrofísica; Instituto Weizmann de Ciencia, Israel y MPE); F. Widmann (MPE); E. Wieprecht (MPE); E. Wiezorrek (MPE); J. Woillez (ESO); S. Yazici (MPE y Cologne); A. Young (MPE) y G. Zins (ESO).

El Observatorio Europeo Austral (ESO) pone a disposición de la comunidad científica mundial los medios necesarios para desvelar los secretos del Universo en beneficio de todos. Diseñamos, construimos y operamos observatorios de vanguardia basados en tierra -utilizados por la comunidad astronómica para abordar preguntas emocionantes y difundir la fascinación por la astronomía- y promovemos la colaboración internacional en astronomía. Establecida como organización intergubernamental en 1962, hoy ESO cuenta con el apoyo de 16 Estados Miembros (Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza), junto con Chile, país anfitrión, y con Australia como socio estratégico. La sede de ESO y su planetario y centro de visitantes, el ESO Supernova, se encuentran cerca de Múnich (Alemania), mientras que el desierto chileno de Atacama, un lugar maravilloso con condiciones únicas para observar el cielo, alberga nuestros telescopios. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope junto con su interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer), así como dos telescopios de rastreo: VISTA, que trabaja en el infrarrojo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT), que rastrea en luz visible. También en Paranal, ESO albergará y operará el Cherenkov Telescope Array South, el observatorio de rayos gamma más grande y sensible del mundo. En Chajnantor, junto con socios internacionales, ESO opera APEX y ALMA, dos instalaciones que observan los cielos en el rango milimétrico y submilimétrico. En Cerro Armazones, cerca de Paranal, estamos construyendo "el ojo más grande del mundo para mirar el cielo": el Telescopio Extremadamente Grande de ESO (ELT, Extremely Large Telescope). Desde nuestras oficinas en Santiago (Chile), apoyamos el desarrollo de nuestras operaciones en el país y nos comprometemos con los socios chilenos y con la sociedad chilena.

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• Publicado en ESO-España el 15 de diciembre del 2021, enlace publicación.