Sagitario A*, el agujero negro supermasivo que ocupa el centro de la Vía Láctea, ha sido observado durante más de dos décadas mediante el seguimiento de las llamadas estrellas S, un grupo de astros que trazan órbitas muy cerradas a su alrededor y que sirvieron, entre otros trabajos, para que Reinhard Genzel y Andrea Ghez recibieran el Premio Nobel de Física en 2020 por demostrar la existencia de un objeto compacto y masivo en ese punto de la galaxia. S301 se suma ahora a ese catálogo, pero con características que la distinguen de todas las anteriores.
Según el estudio, S301 completa una vuelta alrededor de Sagitario A* en apenas 8,7 años, un periodo orbital extremadamente corto que refleja lo cerrada que es su trayectoria. En el punto de mayor aproximación, la estrella se sitúa a una distancia comparable a la que separa el Sol de Saturno, es decir, dentro de una región donde los efectos de la gravedad extrema del agujero negro resultan mucho más intensos que en las órbitas de otras estrellas S conocidas hasta ahora.
Esa proximidad es la que permite alcanzar velocidades de hasta 25.000 kilómetros por segundo en el momento de mayor cercanía, más del 8% de la velocidad de la luz. Ninguna otra estrella observada en la Vía Láctea se había registrado moviéndose tan rápido, lo que convierte a S301 en un caso de referencia para poner a prueba predicciones de la física en condiciones de gravedad extrema difíciles de reproducir en cualquier otro entorno accesible a la observación astronómica.
La relevancia científica de S301 no reside únicamente en su velocidad, sino en lo que su órbita podría permitir observar en los próximos años. La teoría general de la relatividad, formulada por Albert Einstein en 1915, predice que un agujero negro en rotación arrastra consigo el tejido del espacio-tiempo circundante, un fenómeno conocido como efecto Lense-Thirring o arrastre de referenciales, cuya intensidad crece cuanto menor es la distancia al objeto masivo.
Una vía para medir el giro del agujero negro
Felix Mang, investigador del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre y uno de los autores del estudio, ha señalado que el objetivo del equipo es aprovechar los próximos años de observaciones de S301 para detectar alteraciones en su trayectoria compatibles con ese arrastre y, con ello, medir el espín de Sagitario A* a lo largo de la próxima década. Se trataría de la primera medición directa de la rotación de un agujero negro supermasivo obtenida mediante el seguimiento del movimiento de una estrella.
Stefan Gillessen, también del Instituto Max Planck y participante en la investigación, ha subrayado que una medición de este tipo constituiría una prueba especialmente exigente para la teoría de la relatividad general, sometida hasta ahora a verificaciones cada vez más precisas, desde la desviación de la luz observada en el eclipse solar de 1919 hasta la detección de ondas gravitacionales por el observatorio LIGO en 2015.
Hasta la fecha, la masa de Sagitario A* —estimada en unos cuatro millones de masas solares según los trabajos que llevaron al Nobel de 2020— se ha calculado con notable precisión a partir de las órbitas de las estrellas S, pero su velocidad de rotación, un parámetro igualmente fundamental para describir un agujero negro según la relatividad general, ha permanecido sin determinar de forma directa por falta de un objeto cercano cuya órbita reflejara con claridad ese efecto.
La existencia de una estrella en una órbita tan cerrada plantea, además, un enigma sobre su origen. Las regiones inmediatas a un agujero negro supermasivo son entornos demasiado hostiles para la formación estelar, de modo que S301 no pudo haberse originado en el lugar donde hoy se encuentra, lo que obliga a los investigadores a buscar una explicación alternativa sobre cómo llegó hasta allí.
La hipótesis que manejan los autores del estudio es que S301 formaba parte, en origen, de un sistema binario de dos estrellas que se acercó demasiado a Sagitario A*. Las fuerzas de marea generadas por el agujero negro, capaces de estirar y fragmentar objetos que se aproximan en exceso, habrían roto el sistema binario, capturando a una de las estrellas en una órbita cerrada y expulsando a la otra a una velocidad tan elevada que podría haber abandonado la Vía Láctea por completo.
Este proceso, conocido en la literatura astrofísica como mecanismo de Hills —descrito teóricamente por el astrónomo Jack Hills en 1988—, se ha propuesto también para explicar la existencia de las llamadas estrellas hipervelocidad detectadas en el halo galáctico, astros que se desplazan a velocidades tan altas que su origen solo se explica por interacciones extremas con el agujero negro central. S301 sería, según esta hipótesis, la contraparte que quedó ligada gravitacionalmente en lugar de ser expulsada. Su confirmación, no obstante, requerirá observaciones adicionales que permitan reconstruir la historia orbital de la estrella y descartar explicaciones alternativas.
El seguimiento de estrellas en el entorno de Sagitario A* depende de instrumentos de altísima precisión instalados en el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral, en Chile, entre ellos el interferómetro GRAVITY, que ha permitido en la última década afinar de forma notable la resolución angular con la que se observan estos objetos. Sin ese tipo de infraestructura, detectar una estrella tan tenue y próxima al agujero negro habría resultado inviable.
Los astrónomos han indicado que el seguimiento de S301 continuará en los próximos años como parte de un programa de observación de largo plazo, similar al que ya se aplica a otras estrellas S desde hace más de dos décadas. Solo la acumulación de datos orbitales durante varios ciclos completos permitirá determinar con la precisión estadística necesaria si la trayectoria de la estrella refleja, en efecto, el arrastre relativista asociado a la rotación de Sagitario A*.
De confirmarse en la próxima década, la medición del espín del agujero negro central de la Vía Láctea se sumaría a los hitos recientes en la comprobación experimental de la relatividad general y proporcionaría un dato clave para entender la formación y evolución de los agujeros negros supermasivos, presentes en el centro de prácticamente todas las galaxias masivas conocidas, incluida la nuestra.
