S301, una estrella que orbita el agujero negro central de la Vía Láctea, viaja a velocidades extremas capaces de revelar secretos sobre la rotación de ese monstruo cósmico. Cada 8,7 años completa su trayectoria alrededor de Sagitario A*, acercándose a una distancia que representa aproximadamente 12 veces la separación entre la Tierra y el Sol.
Los astrónomos saben que los agujeros negros poseen solo dos propiedades relevantes: la masa y el giro. Mientras conocen la masa de Sagitario A* con una precisión mayor al 1%, el giro permanece como incógnita. Este cuerpo celeste es el primero que se acerca lo suficiente para permitir que los científicos resuelvan este enigma fundamental.
Una órbita extraordinariamente cercana
En 2023, los investigadores detectaron que este astro viajaba a unos 25.000 kilómetros por segundo, equivalente al 8,3% de la velocidad de la luz. El recorrido orbital de 8,7 años representa el más breve jamás medido alrededor del agujero negro central, superando por más de tres años al anterior registro.
La trayectoria forma una elipse alargada y estrecha: la mayor parte del tiempo transcurre lejos, luego la órbita se acelera en su acercamiento máximo. En el punto más próximo, pasa a unos 1.780 millones de kilómetros del agujero negro, una distancia equivalente a la que separa al Sol de Saturno.
Según Felix Mang, estudiante de doctorado en el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre y coautor de la investigación, esta cercanía extrema sorprendió enormemente al equipo.
Tecnología combinada para detectar lo invisible
La detección requirió un esfuerzo tecnológico sin precedentes, porque el brillo del gas y polvo circundante eclipsaba completamente cualquier observación directa. Fueron necesarios los cuatro telescopios de 8,2 metros del Interferómetro de Muy Gran Telescopio (VLTI) del ESO en Chile, combinados mediante el instrumento GRAVITY para funcionar como un telescopio virtual 15 veces más potente que un telescopio individual.
Juntos, estos aparatos pueden distinguir estrellas individuales en el centro galáctico, situado a 27.000 años luz de distancia. El procesamiento de datos fue igualmente crucial, porque el software convencional de análisis de imágenes no habría localizado este objeto débil entre el resplandor circundante.
Solo mediante la reconstrucción de imágenes a partir de datos sin procesar los científicos pudieron identificarlo cuando apareció en primavera de 2023, noroeste del agujero negro.
Rastreando el camino a través del tiempo
Durante los meses siguientes, el equipo observó cómo se alejaba. A lo largo de 2024, se desvaneció del campo visual, lo que llevó a los investigadores a apuntar directamente hacia su ubicación predicha.
Luego buscaron hacia atrás en archivos históricos, identificándola en un mosaico de 2021 tomado en condiciones deficientes y nuevamente en datos de 2017 originalmente destinados a otro objeto de estudio.
Diecinueve posiciones observadas en más de ocho años trazan ahora una elipse en el cielo, proporcionando el mapa más detallado jamás obtenido de una órbita en torno a Sagitario A*. El estudio fue publicado en la revista Nature, consolidando este hallazgo como un hito en la astronomía moderna.
Cómo el giro distorsiona el espacio
La masa del agujero negro ya provoca una desviación orbital que la gravedad newtoniana no puede explicar. Cada vez que S301 completa una órbita, el eje mayor de su elipse gira aproximadamente dos grados, impidiendo que la trayectoria se cierre en una forma fija.
La rotación añadiría un segundo tipo de distorsión. Un agujero negro giratorio arrastra el espacio circundante, y la magnitud de este arrastre depende de su velocidad de rotación y la orientación de su eje. Para S301, el equipo estima ese giro adicional en no más de una décima de grado por órbita.
La señal sería el desplazamiento de la órbita de S301 respecto a la elipse que solo la gravedad trazaría. Mang y Stefan Gillessen esperan conseguir una medición dentro de diez años, combinando GRAVITY con MICADO, un instrumento en construcción para el Telescopio Extremadamente Grande del ESO.
Esa medición sería la primera determinación directa del giro de un agujero negro supermasivo, una prueba clave de la teoría de Einstein.
El origen misterioso de S301
S301 probablemente no se formó cerca de Sagitario A*, sino en otro lugar y llegó después. Según Felix Mang, la estrella era parte de un sistema binario que se acercó demasiado al agujero negro. Las fuerzas de marea despedazaron la pareja: una quedó capturada en una órbita muy alargada, mientras la otra fue expulsada a velocidad extremadamente alta, posiblemente suficiente para abandonar la galaxia como estrella de hipervelocidad.
La pareja original orbitaba entre sí a una distancia de aproximadamente 8 a 32 millones de kilómetros, completando un ciclo cada 5 a 20 días. Este mecanismo de captura, trabajado por Hills en 1988, explica cómo una estrella puede llegar a órbitas tan cercanas al agujero negro central.
El descubrimiento ayuda a resolver un enigma antiguo: las estrellas alrededor de Sagitario A* son casi todas jóvenes, algo anómalo en un lugar donde no deberían formarse nuevas estrellas. S301 contribuye a esta explicación porque una estrella capturada de esta manera ya estaba completamente formada antes de su llegada, según informó Mang al Earth.
