Dos astrónomos y una estudiante de la UNLP buscan desentrañar qué hay en el centro de la Vía Láctea

La publicación del  4 de febrero en la revista de la Royal Astronomical Society, «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters», tiene a los Dres. Carlos R. Argüelles como primer autor (UNLP, CONICET, IALP, ICRANet); el Dr. Martín F. Mestre (UNLP, CONICET, IALP) y a Valentina Crespi, estudiante de Astronomía (FCAG), como autores de un relevante trabajo de investigación. El mismo fue realizado junto a investigadores italianos del ICRA, ICRANet (International Center for Relativistic Astrophysics Network).

Los tres autores argentinos se recibieron en la Facultad de Cs. Astronómicas y Geofísicas (FCAG) de la Universidad Nacional de La Plata. Los Dres. Argüelles y Mestre son parte del Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP) que comparte pertenencia con la UNLP y el CONICET.

S2, la estrella protagonista que orbita alrededor del centro de la galaxia

Hay una hipótesis científica tradicional que promueve que en el centro de nuestra galaxia existe un agujero negro supermasivo -una región del espacio-tiempo de tal concentración de masa que impide que pueda salir la luz o cualquier partícula material- y otra, que es la base de este trabajo científico, en que sus autores señalan que podría tratarse de una densa concentración de materia oscura hecha de fermiones (llamados darkinos). Tal como su nombre lo indica, esta materia -que estaría presente en casi el 85% del universo- no es observable sino a través de acciones gravitatorias sobre diferentes objetos celestes.

Según los autores argentinos del trabajo, «esto puede explicar los datos astrométricos precisos -posiciones y velocidades- de la estrella S2, una de las estrellas más cercanas y mejor estudiadas de esa región y que permitiría determinar si se trata de un agujero negro supermasivo o de un núcleo compacto de materia oscura».

El Dr. Carlos Argüelles detalla sobre los datos de S2 que orbita alrededor del centro de la galaxia, «estudiamos su precesión el cual es un cálculo fino; la órbita de la estrella es una elipse, pero va precesando, se va corriendo un poco ciclo a ciclo. Si bien ese efecto es minúsculo, con los nuevos datos se pudo detectar esa tendencia y la pudimos estudiar en el contexto de nuestro modelo de materia oscura de manera de comparar con el cálculo preciso del agujero negro.

«Fue una sorpresa» destaca el Dr. Mestre, «porque si bien con todos los datos actuales ambos modelos logran explicar este efecto de precesión de manera similar, en el paradigma de la materia oscura tenés más libertad. Es decir, la estrella puede precesar para un lado o para otro dependiendo de la compacidad del núcleo de materia oscura, mientras que el agujero negro predice una única posibilidad de precesión».

«Sumar más datos de precisión será clave para poder distinguir entre ambos modelos» agrega Argüelles. De hecho en el año 2026, cuando la estrella alcance su apocentro, es decir su punto más lejano del centro de atracción, tendremos una posibilidad inmejorable para diferenciar entre ambas hipótesis».

Así, la investigación actual proporciona una manera de distinguir observacionalmente entre estos dos escenarios utilizando la precesión de la órbita S2, muy similar a como se probó la teoría de la relatividad general usando la precesión de la órbita de Mercurio alrededor del Sol.

El trabajo cuenta con datos observacionales obtenidos durante las últimas tres décadas con los cinco telescopios terrestres más potentes. Estos instrumentos registraron el comportamiento de S2, una estrella joven y la segunda más cercana de las que orbitan alrededor de Sagittarius A* (SgrA*), -el objeto compacto supermasivo que se encuentra en el centro de nuestra Vía Láctea.

Más aun, las observaciones de S2, junto a otro grupo de estrellas similares que orbitan el centro Galáctico, llevó al Premio Nobel de Física en 2020 otorgado a Reinhard Genzel y Andrea Ghez: «por el descubrimiento de un objeto compacto supermasivo en el centro de nuestra galaxia».

Durante aproximadamente tres décadas, y de manera independiente, dos extensas campañas observacionales han monitoreado un grupo de estrellas jóvenes y brillantes que orbitan el parsec central de nuestra Galaxia, para acotar la masa y la naturaleza del objeto supermasivo alojado en su centro.

Tradicionalmente, un agujero negro clásico ha sido la hipótesis más aceptada para la naturaleza de SgrA*. La razón de esto es que las órbitas de las pocas estrellas S detectadas son elipses casi perfectas, lo que implica la existencia de un objeto muy compacto colocado en su foco. La teoría de la relatividad general de Einstein predice que las órbitas no pueden ser perfectamente
keplerianas debido a que, según esa misma teoría, éstas deben mostrar una precesión de las periapsides.
El nuevo trabajo demuestra que este efecto también está presente en el caso del núcleo compacto de materia oscura y que además está de acuerdo con todos los datos públicos disponibles, los cuales muestran la existencia de este patrón relativista en la órbita de S2.

2026 un buen año para ratificar datos

Los Dres. Argüelles, Mestre y la estudiante Crespi describen, «en ese año se podrán realizar nuevas mediciones sobre la precesión de la estrella S2 y dilucidar si en el centro galáctico se encuentra un agujero negro supermasivo o materia oscura».
El artículo predice que los dos escenarios sobre la naturaleza de SgrA* podrían discriminarse midiendo la precesión de la estrella S2 alrededor del próximo paso por el apocentro -el punto de una órbita elíptica más alejado de su centro gravitatorio- que ocurrirá en 2026.

«La razón detrás de esta diferencia es que mientras el agujero negro predice una única precesión prograda, en el paradigma de la materia oscura, ésta puede ser retrógrada o prograda, dependiendo de la cantidad de materia oscura que llena la órbita, la cual a su vez depende de la masa de los darkinos.

Un aspecto notable de esta novedosa interpretación acerca de la naturaleza de SgrA*, es que la distribución de materia oscura no está restringida al núcleo de la galaxia. El modelo de materia oscura desarrollado por el equipo de Investigación predice que la misma se extiende hasta las partes externas de nuestra Galaxia, formando un halo diluido que explica además el movimiento de las estrellas que orbitan a su alrededor. Este resultado, junto con otro estudio relacionado obtenido por algunos de los miembros del equipo de investigación, liderado por el Dr. Argüelles, insinúa un cambio de paradigma en el campo de los halos de materia oscura y la formación de agujeros negros supermasivos.

Valioso trabajo de investigación que vale para otro tipo de galaxias

Se sugiere que «las galaxias no activas como la nuestra podrían albergan densas concentraciones de materia oscura en sus centros, mientras que las galaxias más masivas y activas, albergan agujeros negros supermasivos que se han formado a partir del colapso gravitacional de estos núcleos de materia oscura».

Una estudiante con tema de tesis novedoso

Valentina Crespi está a punto de recibirse como astrónoma por la FCAG-UNLP. Sus Directores de tesis, el Dr. Carlos Argüelles y el Dr. Martín Mestre, le propusieron trabajar en la precesión de la estrella S2.
Ambos escucharon una charla que ofreció Andrea Ghez, Premio Nobel de Física 2020, a quien la distinguieron justamente por sus observaciones del centro de la galaxia. En dicha charla Ghez hablaba sobre el agujero negro en el centro galáctico y que nuevos datos preliminares de S2 indicaban que la precesión de dicha órbita estaba desarrollándose para el lado opuesto de lo que predice la idea del agujero negro central, por lo que habría que agregar presencia de materia oscura… ¡Nada menos que nuestro tema! Nos entusiasmamos muchísimo con Valentina, se sumó Martín Mestre y pudimos hacer esta investigación junto a los colegas italianos».

Educación y Ciencia

El Dr. Martín Mestre destacó, «hacemos ciencia e investigamos, en este caso junto a colegas extranjeros, gracias a la formación académica que hemos recibido. Estudiamos y logramos realizar trabajos científicos gracias a la educación pública que los tres recibimos y no quiero dejar de mencionar y agradecer esto».

El trabajo se titula: «What does lie at the Milky Way centre? Insights from the S2-star orbit precession» https://academic.oup.com/mnrasl/article-abstract/511/1/L35/6461107?redirectedFrom=fulltext

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