Laurent Loinard: interferometría para descubrir un agujero negro

En abril de 2019, a través de los medios de comunicación y de las redes sociales, personas de todo el mundo pudieron ver por primera vez la fotografía de un agujero negro. Las distintas historias que rodean esta imagen y que involucran a más de 400 personas, hoy pueden platicarse y descubrirnos las anécdotas, las horas de trabajo, los descubrimientos, las observaciones y la ciencia detrás de ese evento.

Por parte de México, el doctor Laurent Loinard, del Instituto de Radioastronomía de la UNAM, colaboró con el consorcio conocido como Event Horizon Telescope (EHT), el cual fue el responsable de conjuntar la labor de 9 radiotelescopios ubicados en todo el planeta para hacer posible la observación del agujero negro.

¿Cómo se inició el doctor Loinard en el estudio de la técnica de la interferometría que años después lo llevaría a poder integrarse a este proyecto?

Los estudios en esta técnica han acompañado la trayectoria el doctor Loinard desde que inició sus estudios doctorales, ya que –comenta– cuando estaba empezando su doctorado la universidad en donde lo cursó les presentó los proyectos que se llevaban a cabo y el que más llamó su atención estaba relacionado con la radioastronomía.

Debido a este interés cursó un doctorado trabajando sobre medio interestelar en galaxias externas, como la galaxia de Andrómeda, en la cual estudió un componente del gas molecular, que es donde se forman nuevas estrellas.

Durante el posdoctorado estudió la química asociada a la formación estelar, de estrellas jóvenes cercanas a nosotros. Y al terminar, tanto a él como a su esposa, a quien conoció mientras estudiaba en Estados Unidos y también es astrónoma, les ofrecieron incorporarse a una unidad del Instituto de Astronomía que se ubicaba en Morelia, Michoacán. Dicha unidad posteriormente se transformó en el Centro de Radioastronomía y Astrofísica, y actualmente se conoce como Instituto de Radioastronomía y Astrofísica.

Medir estrellas

• Desde que el doctor Loinard llegó a México ha trabajado en la formación estelar, en conocer los mecanismos involucrados en la formación de las estrellas y, en particular, cómo se forman los sistemas múltiples.

“Las estrellas muchas veces no nacen solteras, sino que nacen en binomios que se llaman sistemas binarios. No son sencillos…, y estudiamos un poco cómo es que ocurre esta formación estelar de sistemas múltiples, cómo es que evolucionan temprano esos sistemas de estrellas de una masa comparable con el Sol”, explica.

Su experiencia en este campo de investigación lo llevó a que de 2008 a 2018 coordinara un proyecto para medir la distancia de muchas estrellas jóvenes con respecto a la Tierra, ya que si ésta no se sabe no es posible conocer su luminosidad, su temperatura o su edad.

“Todo esto depende de a qué distancia están los objetos y en astronomía medir distancias siempre ha sido muy complicado, porque las cosas son tan lejanas que no podemos conocer fácilmente su distancia. Pero hay una técnica que se llama paralaje trigonométrica que permite medir esto con un radio interferómetro”.

Para lograr conocer estas mediciones analizaron poco más de 2000 horas de tiempo de observación de muchas de esas estrellas para determinar distancias muy precisas.

“Medimos la distancia a una estrella con una técnica de triangulación. Por ejemplo, vemos la misma estrella en enero y luego seis después en junio, y en estos meses la Tierra pasó de estar de un lado del Sol a estar del otro lado. Observamos las estrellas desde dos perspectivas ligeramente distintas en esos meses, y viendo el pequeño cambio de proyección aparente que tiene la estrella, haciendo triangulación, calculamos de manera muy precisa esta distancia”, dijo.

Utilizando técnicas de medición

En radioastronomía se pueden utilizar tres técnicas de observación. La primera es observar con un solo radiotelescopio. La segunda consiste en utilizar un arreglo de varios telescopios, los cuales funcionan todos juntos y cuya ventaja es que es posible obtener imágenes con mayor nitidez.

El doctor Loinard empezó a trabajar esta técnica en México hace algunos años, junto con otros colegas. Inicialmente utilizó el VLA (Very Large Array) que es un arreglo de 27 telescopios ubicados todos en Nuevo México, Estados Unidos, los cuales están separados por alrededor de 40 km entre las antenas y la señal que reciben la mandan por fibras ópticas a un centro de procesamiento que se ubica dentro de esta distancia.

La tercera técnica se conoce como interferometría de muy larga línea de base. Un instrumento que utiliza esta técnica es el VLBA (Very Long Baseline Array) que se compone de 10 antenas repartidas por todo Estados Unidos, desde Hawái hasta el Caribe, la cual permite ver niveles de nitidez más finos. En este caso los datos que se recopilan de los telescopios se guardan en discos de computadora y son enviados a un centro de procesamiento.

Así, gracias a su conocimiento en estas técnicas, fue el que doctor Laurent Loinard se involucró en el consorcio conocido como Event Horizon Telescope (ETH), integrado originalmente por 9 radiotelescopios ubicados en todo el mundo y que en la actualidad cuenta con 12.

“De esta manera es como nos incorporamos a este proyecto. Es una técnica que yo utilizaba desde hace mucho tiempo y me di cuenta de que el gran telescopio milimétrico en México, en la Sierra Negra cerca de Puebla, podría incorporarse a este tipo de arreglo de interferometría de larga línea de base. Yo conocía al director de EHT, desde hace mucho los dos trabajamos en esta técnica, es una comunidad no muy grande y coincidíamos frecuentemente en conferencias, talleres; nos conocíamos desde hace mucho y empezamos a hablar de esta posibilidad de incorporar el gran telescopio milimétrico”.

Una imagen esperada

Los radiotelescopios del ETH, aunque utilizan la misma técnica de larga línea de base, pertenecen a distintos observatorios ubicados en todo el mundo y sólo una vez al año, durante una semana o dos, observan en conjunto.

Esto ocurrió por primera vez en 2017, cuando obtuvieron muy buenos resultados, y luego realizaron una segunda observación, pero no tuvieron la misma suerte. Las imágenes que se obtuvieron fueron sometidas a distintos procesos, hasta que por fin el 10 de abril del 2019 se pudo mostrar al mundo la primera imagen de un agujero negro.

En palabras del doctor Loinard cuando vio por primera vez esta imagen ésta sí cumplió con lo que él esperaba: “Los modelos teóricos que se hacían del entorno de estos agujeros negros predecían lo que vimos: un anillo brillante, una sombra en el centro, un lado del anillo un poco más brillante que el otro”.

• Destaca que una de las reacciones de parte de la gente que les llamaron la atención fue la inconformidad porque la imagen se veía borrosa. Sin embargo, aclara, son difíciles de obtener, pues son objetos que están a millones de años luz de nosotros y que si lo comparamos con algo cercano a nosotros es como si viéramos un cabello humano a mil km.

Así, el doctor Loinard, actual coordinador del posgrado en Radioastronomía, sigue colaborando con el ETH. Fue el responsable de liderar el grupo de publicaciones que supervisó la redacción de los seis artículos, publicados el 10 de abril de 2019, de las primeras imágenes de un agujero negro.