V) ¿A dónde nos lleva la curiosidad? Un viaje a las tecnologías de próxima generación

La bóveda celeste nos ha llamado la atención desde el inicio de nuestra existencia. Desde tiempos remotos utilizamos las estrellas para orientarnos en nuestro camino errante. La curiosidad, esencia de nuestra vida, nos impulsó a saber más sobre ellas, hasta que llegamos, con Galileo Galilei, a la construcción del primer telescopio. Desde entonces, por primera vez, se abrieron las puertas de la física y la cosmología modernas. Después de esta gran invención los telescopios ópticos evolucionaron hasta convertirse en instrumentos de alta ingeniería, gracias a los cuales podemos observar el Universo en todos sus “colores” visibles. Sin embargo, hay muchos procesos físicos que se manifiestan en longitudes de ondas o frecuencias que no podemos observar con nuestros ojos, como los rayos X y gamma o las ondas de radio. 

Así, durante el siglo XX se empezaron a construir satélites para la detección de fenómenos de alta energía y radiotelescopios para recibir la señal de radio. Estos últimos pueden tener dimensiones mayores a los cien metros de diámetro o bien se organizan diversos telescopios más pequeños para trabajar en conjunto. ¿Por qué tantas diferentes antenas? La respuesta está en la resolución espacial y en la sensibilidad. 

RESOLUCIÓN ESPACIAL 
La resolución espacial mide la capacidad de un telescopio para separar distintos componentes o zonas de un objeto de estudio. Mientras mayor sea el área recolectora de un telescopio —el “ojo”—, más nítidas serán las imágenes que produzca. Para aumentarla es necesario construir radiotelescopios con un diámetro muy grande, de modo que se afine su “ojo”. Se han construido antenas radio de hasta cien metros de diámetro (figura 1), pero la construcción de antenas tan grandes tiene una limitación estructural: no pueden soportar demasiado peso por el peligro de un colapso sobre ellas mismas. Una solución a esta limitación fue poner en la práctica el concepto de interferometría por el cual se combina la radiación recolectada por diferentes antenas para obtener una imagen de mayor resolución. Con este nuevo método se pueden construir antenas de radio mucho más pequeñas en diámetro, interconectadas, pero espaciadas entre sí, de modo que simulen un telescopio con un diámetro equivalente a la distancia más grande entre dos de sus antenas (línea de base). 
 
SENSIBILIDAD DE LA ANTENA 
La sensibilidad de una antena es su capacidad de recolectar información débil, poco brillante, de un objeto. Para que un telescopio sea sensitivo es necesario que tenga un área colectora muy grande. Por este motivo, las antenas de radio más sensitivas son aquellas con un diámetro más grande. Los interferómetros pueden alcanzar altas sensibilidades aumentando el número de antenas para “rellenar” el espacio entre la línea de base larga y así simular un telescopio con un área colectora optimizada para poder ser sensibles a aquellas estructuras que emiten radiación débil. 

A partir de los años setenta se han construido (y posteriormente mejorando) diversos interferómetros de base larga. El Very Large Array (VLA) o el Very Long Baseline Array (VLBA) son dos interferómetros localizados en territorio estadounidense que han hecho la historia de la radioastronomía en la ventana centimétrica por décadas y siguen produciendo excelentes productos científicos. Más recientemente, en 2011, empezó a operar el potente y sofisticado interferómetro milimétrico y submillimétrico Atacama Large Millimeter Array (ALMA) constituido por sesenta y seis antenas situadas a cinco mil metros de altitud en el desierto de Atacama, Chile. ALMA alcanza resoluciones y sensibilidades sin precedentes en ese rango de frecuencia. Por este motivo, llegó la hora para los radioastrónomos dedicados a la ventana centimétrica de impulsar nuevos proyectos como el Square Kilometer Array (SKA), en fase de construcción en el hemisferio sur (Sudáfrica y Australia) y el next generation VLA (ngVLA, figura 2), un proyecto del Observatorio Radio Astronómico Nacional (NRAO) de Estados Unidos, y financiado por el La Fundación Nacional para la Ciencia (NSF) de ese país.

El ngVLA será el más potente arreglo de antenas de radio del hemisferio norte. Contará con más de trescientas antenas distribuidas por el territorio de Estados Unidos, Canadá y México. El nuevo interferómetro alcanzará una resolución espacial y una sensibilidad de un orden de magnitud superior a lo alcanzado hoy en día por el VLA, el VLBA y el ALMA, observando el Universo en rangos de frecuencias que no están cubiertos por ALMA (dedicado a altas frecuencias de radio) y SKA (dedicado a muy bajas frecuencias de radio).  

El Instituto de Radioastronomía y Astrofísica (IRyA) de la UNAM quiso participar activamente en el desarrollo de este proyecto y, en noviembre de 2022, la UNAM firmó un acuerdo de colaboración con NRAO, asegurando un millón de dólares estadounidenses por un periodo de cuatro años (figura 3). Nuestra participación consiste en ayudar a nuestros colegas de NRAO en varios aspectos, tanto técnicos, como la caracterización de los sitios donde se instalarán las antenas en territorio mexicano, como científicos, con la publicación de predicciones sobre cómo el ngVLA observará distintos objetos en el cielo. 

En el caso de mi propia investigación en el IRyA, me enfoco en el estudio de la formación y evolución de los chorros relativistas expulsados por los agujeros negros supermasivos (SMBH) situados en el centro de galaxias activas. Para ello utilizo no sólo la radiación de continuo (es toda la “luz” emitida en determinadas frecuencias radio), sino también su radiación polarizada (aquella “filtrada” por un medio que contiene un campo magneto-iónico). Utilizando estas radiaciones se puede estudiar la formación y evolución de los chorros y obtener propiedades intrínsecas de los mismos, del medio que los rodea y del campo magnético que canaliza ese flujo de partículas hacia zonas lejanas del SMBH. El ngVLA me permitirá observar con más facilidad un abanico mucho más amplio de diferentes tipos de galaxias activas para trazar su evolución. El camino hacia el conocimiento no es un camino solitario. Necesita de otras personas, de tiempo y de compromiso para alcanzar grandes resultados. Este importante proyecto y esta colaboración internacional en la que la UNAM está involucrada no sólo beneficiará a mi investigación, sino también a las de la mayoría de quienes forman parte de la comunidad astronómica mexicana. Juntos seguiremos el camino de la curiosidad, explicando la naturaleza que nos rodea y que nos fascina desde tiempos inmemoriales.

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