R) Horizonte de Eventos. El telescopio más grande del mundo

En 1974 los astrónomos Bruce Balick y Robert L. Brown reportaron la detección de emisión muy intensa de ondas de radio proveniente del centro de nuestra galaxia en la dirección de la constelación de Sagitario. Su morfología y brillo llevaron a sus descubridores a sugerir una similitud de esa fuente de radio —que posteriormente se llamó Sagitario A*— con los núcleos energéticos de galaxias lejanas donde la caída de materia a un agujero negro supermasivo produce radiación electromagnética intensa y chorros de partículas.

Si bien un agujero negro es oscuro e invisible para nuestros telescopios porque no emite luz, podemos ver su “sombra” cuando una fuente externa proyecta su luz sobre él. Los primeros trabajos sobre la apariencia de un agujero negro iluminado por una fuente de luz (por ejemplo, con una gran linterna que lo ilumina desde atrás) se realizaron entre 1921 y 1979, época en que Max von Laue, James Bardeen y Jean-Pierre Luminet investigaron la interacción de la luz con el campo gravitatorio de un agujero negro.

Según la Teoría de Relatividad General de Albert Einstein la gravedad puede distorsionar la trayectoria de la luz. Dependiendo de la proximidad de impacto con respecto al centro del agujero negro, un rayo de luz se puede desviar ligeramente de su trayectoria inicial, se puede curvar y aquedar atrapado en una órbita circular o puede ser absorbido por el agujero negro. El radio de impacto dentro del cual un rayo de luz es capturado por el agujero negro se puede calcular de manera exacta; para un agujero negro sin rotación es aproximadamente igual a 2.6 veces el radio del horizonte de eventos.

A partir de 1999 varios científicos realizaron, de manera independiente, simulaciones teóricas para investigar la apariencia de un agujero negro en el centro de una galaxia activa. En este escenario, la luz proviene de un disco de gas que es calentado por la caída de materia hacia un agujero negro supermasivo. Las simulaciones incorporaron procesos físicos como el campo magnético y el calentamiento de las partículas del gas que permiten determinar la evolución del disco. Notablemente, la imagen predicha por todos estos estudios teóricos mostraba un anillo brillante formado por rayos de luz que pasan cerca del agujero negro, pero logran escapar y, en el interior del anillo, una “sombra” negra de mayor tamaño que el agujero negro, formada por rayos de luz que no pueden escapar de su gravedad extrema.

Por muchos años este hallazgo permaneció como una mera predicción teórica hasta que astrónomos y astrónomas entusiastas establecieron la colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT) con el principal objetivo de construir un instrumento para detectar la sombra de un agujero negro. El EHT utiliza una técnica que se conoce como interferometría de larga base, que consiste en formar una red de radiotelescopios localizados en distintos sitios geográficos distanciados hasta por miles de kilómetros. Los radiotelescopios captan la radiación proveniente del centro de galaxias lejanas y, operando en sincronía, forman virtualmente un telescopio tan grande como la distancia entre los puntos más alejados de la red. De esta manera el EHT logra capturar la radiación que se produce en la vecindad del horizonte de eventos, lo que en términos de poder de resolución equivale a distinguir desde la Tierra una dona situada en la superficie de la Luna. Sagitario A* y el núcleo de la galaxia Messier 87 (M87) han sido los dos principales obos de estudio del EHT porque su tamaño sobre la esfera celeste es más grande que la precisión del telescopio para distinguir detalles finos.

México forma parte del EHT mediante el Gran Telescopio Milimétrico (GTM), ubicado en Sierra Negra, Puebla [ver p. XX en este número]. Con una superficie reflectora de cincuenta metros de diámetro, este telescopio es el más grande en el mundo y se sitúa en un lugar estratégico dentro del arreglo. Realizó por primera vez observaciones de interferometría de base larga en 2013. En 2017 participó en las observaciones que produjeron las imágenes de M87 y Sagitario A*, en las que se aprecia un claro anillo brillante y una sombra en el centro, en concordancia con las predicciones teóricas. El GTM ha participado también en las observaciones de 2018, 2022, 2023 y 2024, realizadas para explorar la evolución temporal de M87 y Sagitario A*. Además, se han observado otros núcleos de galaxias para estudiar la formación de chorros relativistas, así como para determinar la geometría de los campos magnéticos en la cercanía de agujeros negros supermasivos. La comunidad astronómica mexicana que participa en esta colaboración ha contribuido significativamente en la ejecución de las observaciones con el GTM, así como en el análisis de los datos y en la realización de simulaciones numéricas.

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