S301, la estrella más rápida cerca de Sagitario A*, podría revelar el giro del agujero negro

S301 es una estrella tenue que sigue la órbita estelar más estrecha y rápida conocida alrededor de Sagitario A* (Sgr A*), el agujero negro supermasivo situado en el centro de la Vía Láctea. En su máximo acercamiento, se espera que alcance aproximadamente 25.000 kilómetros por segundo —alrededor del 8 % de la velocidad de la luz— mientras pasa a una distancia de unas 12 veces la que separa la Tierra del Sol.

Lo extraordinario de S301 no es únicamente su velocidad. Su verdadero valor científico está en que se acerca más que ninguna otra estrella conocida al agujero negro central. Esa trayectoria podría ofrecer a los astrónomos una forma de medir la rotación de Sgr A* y de examinar las predicciones de la relatividad general en uno de los campos gravitatorios más extremos que pueden observarse.

Una órbita extrema de 8,7 años

S301 sigue una elipse muy alargada, casi como una aguja, con un periodo orbital de unos 8,7 años. Sagitario A* se encuentra cerca de uno de los extremos de esa elipse, donde la estrella pasa por su punto de máxima aproximación, conocido como periastro.

La distancia prevista en ese punto es de aproximadamente 12 unidades astronómicas —una unidad astronómica equivale a la distancia media entre la Tierra y el Sol—, comparable a la distancia entre el Sol y Saturno. En las mediciones publicadas, esa separación corresponde a unas 280 radios gravitacionales.

A medida que S301 cae hacia el agujero negro, la gravedad la acelera de forma drástica. Su velocidad máxima estimada, de unos 25.000 km/s, la convierte en la estrella más rápida observada hasta ahora en la Vía Láctea y en la sonda estelar conocida que más se acerca a Sgr A*.

S301 también es excepcionalmente débil: presenta una magnitud aproximada de 19,3 en la banda K, una región del infrarrojo cercano. Los investigadores creen que probablemente se trata de una estrella de la secuencia principal, aunque su escaso brillo dificulta determinar sus propiedades con precisión.

Cómo fue descubierta

El equipo de GRAVITY detectó S301 en la primavera de 2023 mediante el instrumento GRAVITY, instalado en el Interferómetro del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral. La estrella apareció a unos 15 milisegundos de arco al noroeste de Sgr A* y, en los meses siguientes, se desplazó hacia el exterior con un movimiento rápido y ligeramente curvado.

Después de utilizar esas mediciones para estimar su órbita, los investigadores buscaron en observaciones anteriores la posición en la que debía haber aparecido S301. La localizaron en datos de archivo de GRAVITY correspondientes a 2021 y, posteriormente, también en registros de 2017. Esto amplió el periodo de observación y reforzó la interpretación orbital.

Aun así, la órbita publicada sigue siendo preliminar. En particular, los astrónomos todavía no cuentan con una medición de la velocidad radial de S301, es decir, de su movimiento hacia nosotros o alejándose de nosotros. Las futuras observaciones serán esenciales para precisar su movimiento tridimensional y los parámetros de su órbita.

Por qué podría revelar el giro del agujero negro

Un agujero negro en rotación no se limita a atraer los objetos cercanos. Según la relatividad general, su momento angular puede arrastrar el espacio-tiempo que lo rodea. Este fenómeno se conoce como arrastre de referencia o precesión de Lense-Thirring. En el caso de una estrella en órbita, puede modificar gradualmente la orientación del plano orbital.

La intensidad de este efecto disminuye rápidamente con la distancia. Por eso, el periastro excepcionalmente cercano de S301 la hace mucho más sensible al giro de Sgr A* que las estrellas situadas en órbitas más amplias. Si los astrónomos miden repetidamente su posición con gran precisión, podrían detectar los pequeños cambios acumulativos provocados por un agujero negro en rotación y compararlos con los desplazamientos previstos para un agujero negro que no gira.

No se trata todavía de una medición confirmada del giro: es una posibilidad para el futuro. El seguimiento astrométrico antes del próximo acercamiento previsto, a finales de 2031, y durante aproximadamente una década después podría determinar si el movimiento acumulado es compatible con un Sgr A* que rota rápidamente o con uno prácticamente estacionario.

Una prueba más ambiciosa del teorema sin pelo

A más largo plazo, S301 podría contribuir a una prueba todavía más exigente: la medición del momento cuadrupolar del agujero negro. Este parámetro describe cómo la rotación modifica la forma de su campo gravitatorio más allá de los efectos básicos de su masa y su giro.

En la solución de Kerr de la relatividad general, las propiedades de un agujero negro aislado que pueden medirse desde el exterior quedan determinadas por su masa y su espín. La carga eléctrica, por su parte, se considera despreciable en un agujero negro astrofísico. Comprobar la relación prevista entre el espín y el momento cuadrupolar permitiría poner a prueba el llamado teorema sin pelo.

Sin embargo, esta medición sería bastante más difícil que detectar la rotación. La señal del momento cuadrupolar es menor y podría confundirse con perturbaciones gravitatorias causadas por otras estrellas u objetos compactos invisibles cerca del centro galáctico. Por eso, los investigadores lo presentan como un objetivo posible a largo plazo, no como un resultado garantizado.

Qué ocurrirá ahora

La prioridad inmediata es continuar observando S301 y mejorar el ajuste de su órbita. Nuevas mediciones podrían determinar su movimiento radial, precisar el momento y la distancia de su periastro y ayudar a separar los efectos relativistas de las incertidumbres provocadas por el entorno estelar del centro de la galaxia.

Si la órbita prevista se confirma, S301 se convertirá en una herramienta especialmente sensible para estudiar cómo gira un agujero negro supermasivo y cómo esa rotación influye en el espacio-tiempo cercano. Su velocidad récord es el dato más llamativo, pero su auténtico valor científico está en que una estrella tenue y veloz puede convertirse en una sonda de precisión de Sagitario A*.