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| Fotografía reciente del Gran Telescopio Milimétrico localizado a 4600 m de altura en la cima del volcán Sierra Negra en Puebla, México. Imagen obtenida de http://www.lmtgtm.org/?page_id=40 Early Science Phase July 2013. James Lowenthal. |
En la actualidad, los agujeros negros han pasado de ser una curiosidad matemática a ser objetos comúnmente estudiados en diferentes campos de la Astrofísica. Los científicos estudian agujeros negros en diferentes entornos del Universo; ya sea en nuestra galaxia o en galaxias distantes; su firma característica es la enorme cantidad de energía que producen. Miles de agujeros negros de baja masa son comúnmente encontrados en nuestra galaxia y son el resultado de explosiones de estrellas. Los agujeros negros de mayor masa residen en las partes centrales de galaxias (incluyendo nuestra Vía Láctea) y comúnmente se les denomina agujeros negros supermasivos.
Los agujeros negros son objetos extremadamente masivos y compactos, por lo que su presencia produce una deformación del espacio tiempo. En otras palabras, un agujero negro produce un campo gravitacional muy intenso a su alrededor, por lo que cualquier cuerpo que pase cerca será desviado de su trayectoria, siendo atraído hacia el agujero. La velocidad requerida para escapar a la influencia gravitacional de un cuerpo es proporcional a su masa, es decir, si el objeto es muy masivo entonces se requiere mayor velocidad para escapar a su atracción gravitacional. Sin embargo, en la vecindad de los agujeros negros la gravedad es tan fuerte que la velocidad necesaria para escapar es mayor a la velocidad de la luz, lo que implica que ni siquiera los rayos de luz pueden escapar de un agujero negro, de allí que a estos objetos se les denomine de esa manera.
Como los agujeros negros no se pueden observar directamente, la única manera de inferir su presencia es por medio de los efectos que su gravedad extrema produce en su entorno. Algo parecido sería la búsqueda del hombre invisible a través de las pisadas que ha dejado en la playa. Imaginemos un escenario donde una nube de gas pasaría cerca de un agujero negro. Primero, la nube comenzará a sentir la atracción gravitacional del agujero negro y será desviada de su trayectoria original. Ahora la nube de gas comienza a caer hacia el agujero negro siguiendo una trayectoria de espiral, con órbitas lentas y abiertas. Conforme el material se acerca al agujero negro, es fuertemente acelerado y ahora su trayectoria de espiral sigue órbitas rápidas y cerradas, lo que ocasiona que las partículas colisionen entre ellas y el gas se caliente, alcanzado temperaturas del orden de millones de grados.
Cuando el gas se calienta a temperaturas tan altas, se producen rayos X y luz ultravioleta. Esta emisión sirve a los astrónomos para estudiar e identificar la presencia de agujeros negros. Sin embargo, existe una órbita en donde este material extremadamente caliente desaparece y ya no podemos observar su intensa radiación. La órbita desde la cual ni siquiera la luz puede escapar se denomina el Horizonte de Eventos (Event Horizon, en inglés) y es el punto desde donde ya no existe el regreso. Cualquier material o rayo de luz que traspase el horizonte de eventos será tragado por el agujero negro y nunca jamás será visto o detectado. En ocasiones una parte del material que es engullido por el agujero negro aparece reprocesado y lanzado a través de un chorro de alta velocidad que se denomina jets.
La teoría de la relatividad general de Einstein ha sido probada en entornos donde los campos gravitacionales son relativamente débiles, por ejemplo dentro de nuestro sistema solar. Sin embargo, la teoría revolucionaria de Einstein nunca ha sido verificada en campos gravitacionales fuertes, como los esperados en la vecindad de un agujero negro. Dicha teoría tiene predicciones específicas de cómo debería lucir el horizonte de eventos de un agujero negro. Por tal motivo, es muy importante tomar una imagen del horizonte de eventos de un agujero negro y compararla con las predicciones de la teoría de la relatividad general. El horizonte de eventos más óptimo para observar, es decir el más grande, es el del agujero negro que habita en el centro de nuestra Galaxia que se asocia con la fuente Sagittarius A* (SgrA*). De acuerdo con estudios que miden los períodos orbitales de estrellas alrededor de SgrA*, el horizonte de eventos debería medir alrededor de 53 micro segundos de arco. Dicha longitud es equivalente al tamaño en que veríamos, desde la Tierra, a una naranja en la Luna.
Para poder observar algo tan pequeño se necesita de un instrumento con un alto poder de resolución; esto es, que sea capaz de dejarnos ver detalles muy finos. La resolución de un instrumento viene dada por la razón entre la longitud de onda de la luz que se está observando y el tamaño de la apertura del instrumento. Entonces, si quisiéramos observar una naranja en la Luna con una resolución angular de 53 micro segundos de arco, necesitaríamos un telescopio óptico (longitud de onda de 550 nanómetros) de aproximadamente dos kilómetros y un radio telescopio (longitud de onda 2cm) de casi 80 mil kilómetros. No obstante, hasta la fecha los telescopios ópticos más grandes alcanzan un diámetro de casi 11 metros y el radio telescopio más grande tiene un diámetro de 305 metros. De tal suerte que hasta ahora ningún instrumento ha sido capaz de observar el horizonte de eventos de un agujero negro.
Sin embargo, esto está por cambiar, gracias al Telecopio de Horizonte de Eventos (Event Horizon Telescope), que es una red de radiotelescopios que observan en longitudes de onda milimétricas y están localizados en Estados Unidos, el sur de Europa y Chile. El Telescopio de Horizonte de Eventos utiliza la técnica de radio interferometría de base muy larga o VLBI (Very Long Baseline Interferometry) para conectar todas las antenas y producir una antena virtual del tamaño de la Tierra. Esta técnica nos permite observar con una súper alta resolución regiones como el horizonte de eventos que nunca antes habían sido observados. La configuración actual del Telescopio de Horizonte de Eventos ya ha podido detectar y medir el tamaño de la emisión nuclear del centro Galáctico. Sin embargo, la red de telescopios necesita más antenas para poder producir una imagen del horizonte de eventos de nuestra Galaxia.
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| Se muestran las posiciones geográficas de los radiotelescopios empleados en la primera observación de interferometría de base muy larga (VLBI) realizada en México. Las antenas del arreglo estadounidense Very Long Baseline Array (VLBA) se muestran en círculos rojos y el círculo azul muestra la localización del Gran Telescopio Milimétrico. Los científicos pudieron detectar un patrón de interferencia entre el Gran Telescopio Milimétrico y las antenas en Mauna Kea (Hawai) y Pie Town (Nuevo México). Mapa cortesía de Google Earth |
Por tal motivo, un grupo internacional de astrónomos compuesto por investigadores del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), el Observatorio Haystack del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad de Massachusetts (UMASS) y el Observatorio Nacional de los Estados Unidos (NRAO), planean incorporar el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM) en la red del Telescopio de Horizonte de Eventos. Como prueba inicial, el 26 de junio de 2013 los astrónomos observaron las regiones nucleares del quasar lejano 1633+382 mediante la técnica de VLBI a una longitud de onda de 3 milímetros. Los astrónomos conectaron el Gran Telescopio Milimétrico localizado en la cima del volcán Sierra Negra (Puebla, México) con otros siete radiotelescopios distribuidos a lo largo del territorio estadounidense, desde Mauna Kea (Hawaii) hasta North Liberty (Iowa). Cabe mencionar que esta fue la primera vez que una observación de VLBI se realizó en México.
Los investigadores pudieron sintetizar un radiotelescopio virtual del tamaño de la separación más grande entre las antenas empleadas, que resultó ser la distancia entre Sierra Negra Puebla y la isla de Mauna Kea, en Hawai. En otras palabras, gracias al Gran Telescopio Milimétrico los investigadores fueron capaces de observar al quasar 1633+382 con muy alta resolución, la cual sólo se hubiese podido lograr con una antena de 6 mil kilómetros de diámetro (aproximadamente la distancia entre Puebla y Hawai). Estos resultados dan muestra de que el Gran Telescopio Milimétrico está listo para colaborar con una red internacional de radiotelescopios de clase mundial como el Telescopio de Horizonte de Eventos. Los científicos planean que en un futuro cercano el Gran Telescopio Milimétrico pueda formar parte del Telescopio de Horizonte de Eventos y así obtener la primera imagen del entorno del agujero negro que habita en el centro de nuestra Galaxia.
