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La interferometría de muy larga línea de base inaugura la serie de coloquios Marcos Moshinsky

Sofía Flores Fuentes
19/05/2021

Desde la medición de la distancia del planeta a las estrellas, hasta la descripción de agujeros negros, estos temas dieron por inaugurados los coloquios de la Fundación Marcos Moshinsky el pasado jueves 22 de abril. A cargo del doctor Laurent Raymond Loinard, del Instituto de Radioastronomía y astrofísica de la UNAM, la primera charla de este evento inició la conmemoración del décimo aniversario de la entrega de las Cátedras de la Fundación Moshinksy, así como el centenario del natalicio del doctor Marcos Moshinsky, quien ha sido uno de los físicos más importantes de la UNAM, del país y del mundo académico.

En esta charla, el doctor Loinard habló de la interferometría de muy larga línea de base (VLBI, por sus siglas en inglés), una técnica que puede ser empleada por la comunidad científica en un sinnúmero de estudios. La misma consiste en utilizar, de manera simultánea, varios radiotelescopios localizados en áreas que ocupan varios kilómetros para observar un objeto astronómico. Cada telescopio observa la misma fuente al mismo tiempo y la información obtenida se digitaliza en discos que son enviados a un centro de procesamiento de datos, que luego combina los datos y que permite construir imágenes de altísima resolución.

El investigador, que fue acreedor de la cátedra Marcos Moshinsky en el año 2012, mencionó que la resolución angular o el nivel de nitidez que puede obtener un telescopio de un solo plato, es decir, un telescopio único, es de 1 centímetro de longitud de onda con una resolución angular de 20 segundos de arco, que es comparable al nivel de nitidez del ojo humano. “Un telescopio con un plato de 100 metros de diámetro es un objeto grande, costoso, para que tenga una resolución comparable al ojo humano”, mencionó el doctor Loinard.

Debido a que el nivel de nitidez de los telescopios de un solo plato es bajo, “esto ha obligado a los radioastrónomos a ser inventivos para obtener mejor nitidez. Por lo que se combinan las señales de distintos telescopios en tiempo real, lo que aumenta la resolución”, explicó el investigador de la UNAM. Es por esto que la interferometría, que también tiene una longitud de onda de 1 centímetro, cuenta con una resolución angular de 0.1 arcsec, lo que implica un nivel de nitidez mucho gracias al uso de telescopios localizados a decenas de kilómetros de separación entre ellos.

Sin embargo, la técnica VLBI extiende este concepto de la interferometría a una conformación en el arreglo de los telescopios a miles de kilómetros de separación entre ellos. Dos ejemplos que pertenecen a esta técnica son el Arreglo de muy larga línea de base (VLBA, por sus siglas en inglés), cuya separación máxima de telescopios entre Hawái y el caribe es de 8,000 kilómetros y da una resolución de 1 milisegundo de arco. “Es una resolución extrema, la más grande que existe en la astronomía”. El segundo ejemplo es el Telescopio de Horizonte de Eventos (EHT, por sus siglas en inglés), cuyos telescopios están distribuidos en todo el planeta, del Polo Sur a Groenlandia y de Hawái a España, con una separación máxima entre telescopios de 12,000 kilómetros y una resolución de 0.25 microsegundos de arco.

Una vez explicadas estas situaciones técnicas, el doctor Loinard, quien es doctor por la Universidad Joseph Fourier en Grenoble, en Francia, habló de dos aplicaciones de la técnica VLBI en las que él ha estado involucrado: una es la medición de distancias de objetos celestes, en particular de estrellas jóvenes, en un proyecto llamado GOBELINS; y el segundo son las primeras imágenes de un agujero negro que se obtuvieron como parte del Event Horizon Telescope.

Para hablar de GOBELINS, que es un acrónimo de Gould Belt Distances Survey, describió que es una estructura que existe en el entorno galáctico que contiene regiones donde se están formando estrellas y planetas. Además de ser las regiones más cercanas de formación estelar, han sido usadas por los astrónomos para saber cómo ocurre la formación y evolución estelar y planetaria. “En astronomía siempre hay un problema para interpretar los datos y es que debemos saber a qué distancia están los objetos de nosotros. Si vemos una estrella en el cielo, se ve de cierta luminosidad, podría ser una estrella relativamente cercana y relativamente débil en su brillo o podría ser una estrella muy lejana, pero más brillante”, explicó el doctor Loinard. Para interpretar los datos de una estrella es fundamental medir la distancia a la que se encuentra el objeto, “ha sido un tema central de la astronomía.”

Es por esto que los astrónomos se valen del paralaje trigonométrico, una técnica que permite ver las estrellas en momentos distintos alrededor del Sol, desde perspectivas distintas. “Si uno mide el ángulo en el cambio de posición, se puede medir la longitud a la que se encuentran los objetos. Es un método directo e infalible, pero difícil de poner en práctica porque el efecto de cambio es muy pequeño”, explicó el doctor.

El VLBA tiene esta precisión astrométrica para medir distancias en los objetos en el cinturón de Gould con una precisión de 1%. La medición se hace usando la parte radio del espectro electromagnético, pues las estrellas jóvenes emiten en esta longitud de onda. “Para poner en contexto el nivel de precisión de 0.1 milisegundo de arco, el equivalente es que si colocáramos un caracol sobre la superficie de la Luna y lo observáramos desde la Tierra, podríamos verlo desplazarse”.

Gracias a esto se han creado mapas tridimensionales y también de seis dimensiones de las regiones de formación estelar, pues se ha podido medir la distancia de ese objeto, pero también el movimiento, la velocidad y la dirección de cambio de las estrellas. Es así que se han obtenido simulaciones de regiones de formación estelar, lo que, por primera, permite cotejar datos descriptivos con modelos teóricos.

En la segunda parte de su charla, el investigador habló del Event Horizon Telescope, “que usa la misma herramienta de interferometría, pero es distinto desde el punto de vista científico.” Al hablar de la Teoría general de la relatividad, en la que se describe la existencia de agujeros negros, mencionó que el observatorio LIGO confirmó las ondas gravitacionales en 2015 y, por tanto, de los agujeros negros.

Posteriormente, el investigador mostró las simulaciones que se han desarrollado para ilustrar las conformaciones de los agujeros negros. “Cuando se ve en el centro un agujero negro, se ve rodeado de un disco que gira. Si se ve desde diferentes perspectivas, cuando lo vemos de canto, se produce arriba del medio plano una emisión que viene del disco de acreción que es plano, por lo que lo que está arriba proviene de lo que está atrás del agujero, pero parece estar ahí porque los rayos de luz se curvan hacia nosotros. A medida que lo vemos menos de canto y más de frente, el efecto se hace más pequeño y cuando se ve de frente sólo se ve la depresión central y el disco de acreción alrededor”, explicó con un video que simula a un agujero negro, realizado por la NASA.

Seguido de esto, el investigador cuyo trabajo abarca una variedad de temas, que incluyen el medio interestelar y el entorno de los agujeros negros masivos, habló de conceptos como los núcleos activos de las galaxias, de los centros energéticos y de los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias. De ahí que su investigación con respecto a la primera imagen del agujero negro provenga del centro de la galaxia Messier 87, demostrada en abril de 2019 y que corroboró una serie de predicciones que se habían realizado con respecto a la forma de los agujeros negros, sobre todo una realizada en 2013. Finalmente, mencionó que para interpretar la imagen se hicieron muchas simulaciones con el giro del agujero negro.

La charla terminó con una serie de preguntas por parte de los asistentes, que incluyeron temas como la materia oscura y los planes para colocar telescopios en la Luna como parte de esta técnica de VLBA.

La serie de coloquios será un evento anual que presentará un conjunto de charlas a cargo de algunos galardonados con la cátedra Marcos Moshinsky, que en una década ha reconocido a un total de 60 investigadores, con el propósito de apoyar al desarrollo de la ciencia en México.

Con una inauguración que integró a familiares, amigos y colegas del doctor Marcos Moshinsky, la directora del Instituto de Física, la doctora Cecilia Noguez Garrido agradeció su presencia y la de distintos directivos de diversas instituciones universitarias, como fue la directora de la Facultad de Ciencias, la doctora Catalina Stern Forgach; la directora del Instituto de Ciencias Nucleares, la doctora Pilar Carreón Castro; y el director del Instituto de Ciencias Físicas, el doctor Jaime de Urquijo Carmona. Además, agradeció al director de la Fundación Marcos Moshinsky, el doctor Octavio Castaños Garza.

En su discurso, Castaños Garza recordó que Moshinsky fue un “científico que estableció una escuela de pensamiento que fue continuada en distintas partes del mundo”, además de que mencionó que “la práctica profesional en la física y en ciencias sería diferente sin la influencia de Marcos.” Por su parte, el ingeniero Moisés Moshinsky, agradeció la celebración y conmemoración del homenaje, y recordó a los seis personajes que contribuyeron en la conformación de la Fundación Marcos Moshinsky, quienes son los doctores Alejandro Frank Hoeflish, Octavio Novaro Peñalosa, Jorge Flores Valdés, Pierre Mello Picco, Thomas Seligman Schurch y Guillermo Monsiváis Galindo. Finalmente, mencionó su agradecimiento hacia los catedráticos, “quienes pueden contribuir de forma sinérgica con la formación científica en México” y cerró su participación con una felicitación “por esta primera década. Que haya muchas más”.