Un nuevo paso para desentrañar qué hay en el centro de la Vía Láctea

Desde hace unos siete años, cuando cursaba sus estudios posdoctorales en Italia, a Carlos Argüelles, investigador del CONICET en el Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP, CONICET-UNLP), lo desvela un componente misterioso fundamental para entender la estructura del Universo: la materia oscura. Su existencia, propuesta por primera vez en 1933 por el físico búlgaro Fritz Zwicky, solo puede inferirse a partir de la acción que ejerce sobre la gravitación de las galaxias y los cuerpos celestes observables, ya que este tipo de materia no genera radiación electromagnética, es decir no emite luz visible capaz de ser observada directamente. Pese a ser invisible, se estima que ocupa el 85 por ciento del Universo.

El trabajo de Argüelles junto a un grupo de colegas italianos de la red ICRANet (International Center for Relativistic Astrophysics Network) no para de dar resultados alentadores y asombrosos que contribuyen a entender cómo se distribuye la materia oscura en la Vía Láctea y el Universo en general, como ocurrió a mediados de 2020 cuando sorprendió a la comunidad científica mundial con una investigación que discutía el paradigma vigente sobre la presencia de un agujero negro supermasivo –es decir, una región del espacio-tiempo que contiene una concentración densa de masa de la que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede salir– en el centro de nuestra galaxia, sugiriendo, en cambio, la existencia allí de un denso núcleo de materia oscura.

En un nuevo estudio que se publica hoy en la revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) Letters, Argüelles junto a otros dos argentinos, el también investigador del CONICET Martín Mestre y la estudiante de doctorado Valentina Crespi, y el equipo italiano, dieron otro paso fundamental en el camino de aclarar definitivamente la naturaleza del centro galáctico. El resultado se basa en datos observacionales obtenidos durante las últimas tres décadas con los cinco telescopios terrestres más potentes acerca del comportamiento de una estrella joven, denominada S2, una de las mejor estudiadas y la segunda más cercana (unas mil veces la distancia entre la Tierra y el Sol) de las que orbitan alrededor de Sagittarius A*, que, según el paradigma vigente, es el agujero negro supermasivo–con una masa 4 millones de veces superior a la del Sol–, ubicado en el centro galáctico, a 26 mil años luz de nuestro Sistema Solar.

Según destaca Argüelles, lo que se halló ahora es “evidencia observacional de que S2 tiene indicios de estar atravesando un proceso de precesión. Esto significa que la órbita de la estrella no es una elipse perfecta, es decir que cada vez que da una vuelta no vuelve al mismo lugar, experimenta un corrimiento que hace que se vaya desfasando de su punto de partida. La precesión es un efecto descripto por el científico Albert Einstein en su teoría de la relatividad general, según el cual las órbitas tienen que precesar alrededor de un objeto central, como ocurre, por ejemplo, en nuestro Sistema Solar con Mercurio precesando alrededor del Sol. De manera análoga, en el caso de S2, como el objeto central de la galaxia es muy compacto, la órbita tampoco tiene que ser una elipse perfecta y debe mostrar este efecto de precesión”.

A partir del estudio, el equipo propone que este proceso de precesión se condice tanto con la existencia de un agujero negro como con la presencia del denso núcleo de materia oscura. “Sin embargo –explica Mestre, también investigador del CONICET en el IALP–, lo novedoso aquí es que, a partir del paradigma de materia oscura, dependiendo de cuánta materia oscura llene la órbita de la estrella, la precesión puede ser en un sentido o en otro. Eso es un dato clave, porque el paradigma del agujero negro supermasivo predice que la estrella únicamente precesa en una sola dirección, prógrada, es decir, hacia adelante, y, en cambio, si hay materia oscura puede hacerlo con un patrón distinto, de forma retrógrada. Entonces, estudiar el movimiento de esta estrella y sumar más datos observacionales nos podría permitir saber cuál es el sentido de precesión de esta estrella y así distinguir si se trata de una u otra alternativa”.

El 2026 será clave. La órbita de S2 lleva 16 años en completarse, y durante ese año llegará a su apocentro, es decir el punto más alejado de su centro de gravitación. “Los datos públicos disponibles actualmente sobre S2 no nos permiten discriminar entre los dos modelos, pero la próxima astrometría, es decir las mediciones que se realicen sobre su precesión cuando pase por ese punto, podrían establecer potencialmente si lo que hay en el centro de la galaxia es un agujero negro o materia oscura”, comenta Argüelles.

Para finalizar, el científico subraya que el modelo de materia oscura propuesto por su equipo aplica no solo a la Vía Láctea sino también a la gran mayoría de las galaxias de similares características –denominadas no activas– o más pequeñas que la nuestra: “Para este tipo de galaxias podríamos prescindir de la existencia de un agujero negro supermasivo en el centro. En cambio, en las activas, que son más grandes y masivas y presentan radiación muy intensa, nuestro modelo está de acuerdo con la idea de que la acumulación de materia oscura alcanzó el umbral de masa crítico y colapsó formando agujeros negros. Este último resultado es de gran relevancia, ya que implica un novedoso mecanismo de formación de agujeros negros supermasivos a partir de materia oscura que ya ha tenido algún impacto en la comunidad científica”.

Por Marcelo Gisande.

Referencia bibliográfica:

Argüelles, C. R., Mestre, M. F., Becerra-Vergara, E. A., Crespi, V., Krut, A., Rueda, J. A., & Ruffini, R. (2021). What does lie at the Milky Way centre? Insights from the S2 star orbit precession. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters. DOI: https://doi.org/10.1093/mnrasl/slab126

Sobre investigación:

Carlos Argüelles. Investigador adjunto. IALP.

Martín Mestre. Investigador asistente. IALP. Docente FCAG, UNLP.

Eduar A. Becerra-Vergara. ICRANet. Italia.

Valentina Crespi. Estudiante. FCAG, UNLP.

Andreas Krut. ICRANet. Italia.

Jorge A. Rueda. ICRANet-INAF. Italia.

Remo Ruffini. ICRANet-INAF. Italia.