Nuestra galaxia es un conjunto enorme de cientos de millones de estrellas, gas y polvo, y que groso modo lo podemos imaginar como una gran espiral. Tiene un disco delgado y largo, un bulbo central y un halo. Pero desde los años 50 del siglo pasado, la comunidad astronómica sospechaba que la forma del disco de la Vía Láctea tenía cierta deformación, algo como una curvatura en la parte exterior.
Todos hemos escuchado algo sobre el concepto de gravedad: esa fuerza de atracción entre dos o más cuerpos y que fue cuantificada por primera vez en 1687 por Sir Isaac Newton.
De acuerdo con la mecánica Newtoniana dicha fuerza depende tanto de la masa que tengan los cuerpos, como de que tan separados están entre ellos. Pero además, según el enfoque de Newton, tiempo y espacio son conceptos separados y los eventos en el Universo se observan igual sin importar quien los mire.
Para Newton, por ejemplo, las órbitas de los astros alrededor de un cuerpo más masivo, como la que describen los planetas alrededor de una estrella, son elípticas y no cambian mas que por la influencia de otro planeta o tal vez del eventual paso cercano de un cometa o un asteroide.
Sin embargo, desde el primer momento que se tuvieron observaciones bastante precisas de los movimientos planetarios en el siglo XIX, se encontró que Mercurio muestra un comportamiento extraño: su perihelio, el punto más cercano al Sol, no siempre está en el mismo lugar, sino que tiene un pequeño desplazamiento llamado precesión. Usando únicamente las leyes del movimiento de Newton, no podemos explicar el movimiento anómalo de Mercurio.
Aquí es donde entra Albert Einstein.
En 1915, dentro de su teoría de relatividad general, Einstein describió el tiempo y el espacio como si estuvieran entrelazados en un continuo, denominado espacio-tiempo. Pero además, la misma gravedad también se aborda de un modo distinto: más que una fuerza, es una deformación del tejido del espacio-tiempo como resultado de la presencia de un cuerpo masivo. Así, las trayectorias de los astros cercanos a este cuerpo se describen como un movimiento sobre este espacio-tiempo “deformado”. Como dijera el físico teórico John A. Wheeler, la materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse y el espacio-tiempo le dice a la materia cómo moverse.
Entonces, la teoría de la relatividad general de Einstein logró explicar la precesión de Mercurio.
Pero la comunidad científica sigue buscando nuevas maneras de comprobar y entender mejor los efectos de la relatividad general y una manera de hacerlo es estudiando las perturbaciones de las órbitas de astros en las cercanías de cuerpos muy masivos, donde el tejido del espacio-tiempo se encuentre altamente distorsionado.
Un gran escenario para esto es en las cercanías de agujeros negros supermasivos, aquellos que tienen masas de cientos miles o millones de veces la masa del Sol. Y el monstruo supermasivo más cercano que tenemos está en el centro de nuestra Vía Láctea, a 26 000 años luz.
Con una masa equivalente a la de cuatro millones de veces la del Sol, Sagitario A* o Sgr A* (se lee “sagitario A estrella”) se ha mantenido bastante tranquilo, en comparación con otro agujeros supermasivos que están alimentándose de material en el centro de sus galaxias. Aunque en realidad, Sgr A* no se encuentra tan solo.
Alrededor de Sgr A* orbita un pequeño grupo de estrellas a gran velocidad bajo la influencia del fuerte campo gravitatorio. En particular la estrella denominada S2 tiene un corto periodo orbital, de unos 16 años, lo que ha permitido a los científicos acumular observaciones y datos.
Así, un equipo de astrónomos checos y alemanes ha comparado observaciones de alta precisión de los últimos veinte años, obtenidas en luz infrarroja con los telescopios VLT, en Chile, con predicciones teóricas de la órbita bajo los modelos Newtoniano clásico y de relatividad general.
Los resultados parecen mostrar que los cambios en el movimiento de la estrella S2 efectivamente son consistentes con las predicciones teóricas que hizo Einstein hace más de 100 años. La forma de la órbita ha cambiado apenas un poco y la orientación lo ha hecho 1/6 de grado.
“Durante el curso de nuestro análisis nos dimos cuenta de que para determinar los efectos relativistas de S2 uno definitivamente necesita conocer la órbita completa con una precisión muy alta”,
comenta Andreas Eckart, líder del equipo e investigador en la Universidad de Colonia.
En un comunicado del Observatorio Europeo Austral, ESO, los investigadores señalan que el actual resultado es un preludio para mediciones y pruebas de relatividad mucho más precisas que se harán utilizando el instrumento GRAVITY en 2018, cuando la estrella S2 pase muy cerca del agujero negro supermasivo.
De confirmarse las perturbaciones en el espacio-tiempo producidas por Sgr A*, esta sería la primera vez que se logre una medida de los efectos relativistas en estrellas alrededor de un agujero negro supermasivo.
El resultado fue publicado en la revista Astrophysical Journal.
Una de las frases más memorables del gran divulgador y astrofísico Carl Sagan era, somos polvo estelar.
Más allá de lo poético y sublime de esas tres palabras, son verdad: si pudiéramos preguntar a los átomos que forman nuestro cuerpo, dónde se formaron, con excepción del hidrógeno, todos nos responderían que en el interior de una estrella.
Pero esto no hubiera sido posible sin los variados procesos de reciclaje cósmico en los que participan las estrellas moribundas. La nebulosa que dio origen al Sol (a los planetas y a nosotros) hace unos 4,500 millones de años, tuvo que haberse enriquecido con elementos arrojados al espacio por explosiones de supernova, chorros de gas ionizado y poderosos vientos de estrellas gigantes.
Sin embargo, si rebobinamos el proceso apenas unas pocas veces, nos encontraremos con el gas hidrógeno creado justo después del Big Bang y con el cual se formaron las primeras estrellas. Así, la posterior generación y mezcla de nuevos elementos químicos dio origen a estrellas como el Sol.
Hasta hace poco se pensaba que los elementos químicos en las estrellas de nuestra galaxia eran producto solamente de antiguas generaciones estelares residentes en la Vía Láctea. Sin embargo, la visión está cambiando.
En un análisis computacional, astrofísicos de la Universidad de Northwestern, en EU, han encontrado que casi la mitad del gas que forma galaxias como la nuestra, pudo haber venido de galaxias distantes, dando como resultado que todo lo contenido en ella, incluyéndonos, es parte de material intergaláctico. Dicho de otra manera, algunos de los átomos de calcio que forman nuestros huesos o de fierro en nuestra sangre, se crearon en estrellas de otras galaxias.
Los científicos usaron simulaciones hechas en supercomputadoras para poner a prueba diversos modelos sobre la transferencia de materiales intergalácticos. Los resultados mostraron que las explosiones de supernova arrojaban copiosas cantidades de gas desde las galaxias, causando transferencia de átomos de una galaxia a otra, mediante vientos galácticos, un factor trascendental en el entendimiento de la evolución de las galaxias.
“Por la cantidad de materia de la que estamos formados, que pudo venir de otras galaxias, podríamos considerarnos viajeros espaciales o inmigrantes extragalácticos”,
dice Daniel Anglés-Alcázar, investigador posdoctoral en el Centro de Astrofísica de Northwestern, quien lideró el estudio.
Las galaxias están muy alejadas unas de las otras, de manera que aunque los vientos galácticos se propagan a varios cientos de kilómetros por segundo, este proceso ocurre en lapsos de miles de millones de años.
“Es probable que mucho del material de nuestra Vía Láctea estaba en otras galaxias antes de salir disparado por los poderosos vientos, atravesar el espacio intergaláctico y eventualmente encontrar un nuevo hogar en la Vía Láctea”,
confirma Anglés-Alcázar.
El proceso de simular la formación de galaxias es sumamente complicado y laborioso, tan sólo el presentado en este trabajo requirió del equivalente a varios millones de horas de computo continuo. El artículo científico fue publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Los investigadores siguieron en detalle los flujos de material producidos en modelos 3D de galaxias, simulando procesos de formación y evolución desde el Big Bang hasta nuestros días. El equipo encontró que el gas fluye de galaxias pequeñas a galaxias grandes (como la Vía Láctea), donde se usa para formar estrellas. Este proceso de transferencia de masa a través de vientos galácticos puede representar hasta el 50 por ciento del material de las galaxias más grandes. En el caso de aquellas parecidas a la Vía Láctea, los astrónomos investigaron si sus estrellas se formaron de materia endémica procesada en las mismas galaxias o de gas previamente contenido en otras.
En resumen, somos más universales de lo que pensábamos. A través de los 13 mil 800 millones de años que tiene el Cosmos, muchos de los materiales que nos forman han viajado desde galaxias lejanas hasta llegar al Sol, a la Tierra, al aire que respiramos y a los átomos que nos forman. Podemos sentirnos orgullosos de reconocer en nosotros mismos al Universo, pero también de trazar nuestros propios orígenes cósmicos.
Desde luego que a los agujeros negros no podemos verlos: la deformación del espacio-tiempo hace que incluso la luz sea tragada por estos monstruos supermasivos.
