Las observaciones de mayor resolución hechas desde la superficie de la Tierra permitirán ver un 50% mejor los agujeros negros
La Colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) ha logrado hacer observaciones con la resolución más alta jamás obtenida desde la superficie de la Tierra. Aunque aún no se ha obtenido una imagen, el avance permitirá en el futuro obtener fotos de agujeros negros un 50% más detalladas que hasta ahora.
Por ESO
Estas imágenes simuladas por ordenador muestran la emisión cerca del horizonte de sucesos de un agujero negro parecido a Sgr A* a una longitud de onda de observación de 1,3 mm (izquierda) y 0,87 mm (derecha). Ponen de manifiesto la cantidad de detalles que se pueden ver cuando se observa un agujero negro en longitudes de onda más cortas. La barra horizontal indica una escala angular de 40 microsegundos de arco. Crédito: Christian M. Fromm / Julius-Maximilian University / Würzburg
La Colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés) ha llevado a cabo unas observaciones de prueba con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y otras instalaciones astronómicas que han desembocado en las observaciones del espacio con la resolución más alta jamás obtenida desde la superficie de la superficie de la Tierra.
Los expertos han cosechado esta hazaña tras detectar luz de galaxias distantes a una frecuencia de alrededor de 345 GHz, equivalente a una longitud de onda de 0,87 mm. La Colaboración estima que en el futuro podrán hacer imágenes de agujeros negros con un 50% más de detalle de lo que era posible antes. Esto hará posible que la región inmediatamente fuera del límite de los agujeros negros supermasivos cercanos se enfoque con mayor nitidez.
También podrán obtener imágenes de más agujeros negro, aparte de los observados hasta ahora. Las nuevas detecciones, que forman parte de un experimento piloto, han sido dadas a conocer en The Astronomical Journal.
Un telescopio virtual del tamaño de la Tierra
En el año 2019, la colaboración EHT publicó imágenes de M87*, el agujero negro supermasivo que hay en el centro de la galaxia M87, y tres años después dieron a conocer las imágenes de Sgr A*, el agujero negro que se encuentra en el corazón de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Estas imágenes se obtuvieron conectando múltiples observatorios de ondas de radio de todo el planeta mediante una técnica llamada interferometría de línea de base muy larga (VLBI), para formar un solo telescopio virtual del tamaño de la Tierra.
Para obtener imágenes de mayor resolución, la comunidad astronómica suele confiar en telescopios más grandes o en una mayor separación entre observatorios, que funcionan como parte de un interferómetro. Pero dado que el EHT ya tenía el tamaño de la Tierra, el aumento de la resolución de sus observaciones terrestres requería un enfoque diferente.
Las imágenes de agujeros negros publicadas por la Colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) en 2019 y 2022 fueron las imágenes más nítidas del cosmos jamás obtenidas desde la Tierra. Fueron captados con un telescopio del tamaño de nuestro planeta. Si ya estamos usando el telescopio terrestre más grande que podemos, ¿es posible tomar imágenes aún más nítidas de los agujeros negros?
Otra forma de aumentar la resolución de un telescopio es observar la luz de una longitud de onda más corta, y eso es lo que ha hecho ahora la colaboración EHT. «Con el EHT, vimos las primeras imágenes de agujeros negros utilizando las observaciones de longitud de onda de 1,3 mm, pero el brillante anillo, formado por la flexión de la luz provocada por la gravedad del agujero negro, todavía se veía borroso, ya que estábamos en los límites absolutos de cuán nítidas podíamos hacer las imágenes», afirma el colíder del estudio, Alexander Raymond, que ahora investiga en el Laboratorio de Propulsión a Chorro, en Estados Unidos.
En palabras de Raymond, «A 0,87 mm, nuestras imágenes serán más nítidas y detalladas, lo que a su vez probablemente revelará nuevas propiedades, tanto las que se predijeron anteriormente como, tal vez, algunas que aún no hayan sido predichas».
Para demostrar que podían hacer detecciones a 0,87 mm, la Colaboración realizó observaciones de prueba de brillantes galaxias distantes en esta longitud de onda. En lugar de utilizar el conjunto completo del EHT, emplearon dos subconjuntos más pequeños, que incluían a ALMA y al Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), instalados en el desierto de Atacama, en Chile.
La Colaboración logró observaciones con detalles de hasta 19 microsegundos de arco
El Observatorio Europeo Austral (ESO) es socio de ALMA y, en cuanto a APEX, forma parte de la cooperación que alberga y opera la instalación. Otras instalaciones utilizadas incluyen el telescopio IRAM de 30 metros, en España, y el NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA), en Francia, así como el Telescopio de Groenlandia y el Submillimeter Array, en Hawái.
En este experimento piloto, la Colaboración logró observaciones con detalles de hasta 19 microsegundos de arco, lo que significa que observaron a la resolución más alta jamás obtenida desde la superficie de la Tierra. Sin embargo, aún no han podido obtener imágenes: si bien realizaron detecciones sólidas de luz de varias galaxias distantes, no se utilizaron suficientes antenas como para poder reconstruir con precisión una imagen a partir de los datos.
Como ver el tapón de una botella en la Luna desde la Tierra
Esta prueba técnica ha abierto una nueva ventana para el estudio de los agujeros negros. Con el conjunto completo, el EHT podría ver detalles tan pequeños como a 13 microsegundos de arco, lo que equivale a ver el tapón de una botella en la Luna desde la Tierra. Esto significa que, a 0,87 mm, podrán obtener imágenes con una resolución aproximadamente un 50% superior a la de las imágenes de M87* y SgrA* de 1,3 mm lanzadas anteriormente.
Además, existe la posibilidad de observar agujeros negros más distantes, más pequeños y más débiles que los dos que la colaboración ha fotografiado hasta ahora.
Esta reproducción artística muestra la ubicación de múltiples observatorios de radio en todo el planeta que participaron en un experimento piloto realizado por la Colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) que obtuvo las observaciones de mayor resolución obtenidas desde la Tierra. Crédito: ESO / M. Kornmesser
«Observar los cambios en el gas circundante en diferentes longitudes de onda nos ayudará a resolver el misterio de cómo los agujeros negros atraen y acretan materia, y cómo pueden lanzar poderosos chorros que fluyen a distancias galácticas», explica el director fundador del EHT, Sheperd Shep Doeleman, astrofísico del CfA y codirector del estudio.
Esta es la primera vez que la técnica VLBI se utiliza con éxito en la longitud de onda de 0,87 mm. Si bien la capacidad de observar el cielo nocturno a 0,87 mm existía antes de las nuevas detecciones, el uso de la técnica VLBI en esta longitud de onda siempre ha presentado desafíos que llevaron tiempo y necesitaron de nuevos avances tecnológicos.
Por ejemplo, el vapor de agua en la atmósfera absorbe ondas a 0,87 mm mucho más que a 1,3 mm, lo que dificulta que los radiotelescopios reciban señales de agujeros negros en la longitud de onda más corta. Combinado con una turbulencia atmosférica, cada vez más pronunciada, y la acumulación de ruido en longitudes de onda más cortas, junto con la incapacidad de controlar las condiciones climáticas globales durante las observaciones atmosféricamente más sensibles, el progreso hacia longitudes de onda más cortas para VLBI (especialmente aquellas que cruzan la barrera hacia el régimen submilimétrico) ha sido lento. Pero con estas nuevas detecciones, todo ha cambiado.
En este mapa del mundo, los puntos amarillos marcan la ubicación de las antenas y conjuntos que participaron en un experimento piloto realizado por la Colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT). Crédito: ESO/M. Kornmesser
«Estas detecciones de señales VLBI a 0,87 mm son innovadoras, ya que abren una nueva ventana de observación para el estudio de los agujeros negros supermasivos —afirma Thomas Krichbaum, coautor del estudio y miembro del Instituto Max Planck de Radioastronomía (Alemania), institución que opera el telescopio APEX junto con ESO. Y añade—: En el futuro, la combinación de los telescopios IRAM en España (IRAM-30m) y Francia (NOEMA) con ALMA y APEX permitirá obtener, simultáneamente, imágenes de emisiones aún más pequeñas y débiles de lo que ha sido posible hasta ahora en dos longitudes de onda, 1,3 mm y 0,87». ▪️
Información facilitada por el ESO -Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Producciones
Fuente: Alexander W. Raymond et al. First Very Long Baseline Interferometry Detections at 870 μm. Nature Ecology & Evolution (2024). DOI: 10.3847/1538-3881/ad5bdb
