Científicos del EHT realizan las que, hasta el momento, son las observaciones de mayor resolución hechas desde la superficie de la Tierra
La Colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés) ha llevado a cabo observaciones de prueba, utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y otras instalaciones, que han conseguido alcanzar la resolución más alta jamás obtenida desde la superficie de la Tierra [1]. Lograron esta hazaña al 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 que sean un 50% más detalladas de lo que era posible antes, lo que hará 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 negros aparte de los observados hasta ahora. Las nuevas detecciones, parte de un experimento piloto, se publican hoy en The Astronomical Journal.
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 en 2022, 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, utilizando 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. 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 (anteriormente, becario postdoctoral en el Centro de Astrofísica Harvard- Smithsonian (CfA), y ahora en el Laboratorio de Propulsión a Chorro, ambos en los Estados Unidos). "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 [2]. En lugar de utilizar el conjunto completo del EHT, emplearon dos subconjuntos más pequeños, los cuales incluían a ALMA y al Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), instalados en el desierto de Atacama, en Chile. 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.
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.
El director fundador del EHT, Sheperd "Shep" Doeleman, astrofísico del CfA y codirector del estudio, declara: "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."
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.
"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."
Notas
[1] Se han realizado observaciones astronómicas con mayor resolución, pero estas se obtuvieron combinando señales de telescopios en tierra con un telescopio en el espacio: https://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressreleases/2022/2. Las nuevas observaciones publicadas hoy son las de mayor resolución jamás obtenidas utilizando solo telescopios terrestres.
[2] Para probar sus observaciones, la Colaboración EHT apuntó las antenas a galaxias "activas" muy distantes, que son alimentadas por los agujeros negros supermasivos de sus núcleos y son muy brillantes. Este tipo de fuentes ayudan a calibrar las observaciones antes de apuntar el EHT a fuentes más débiles, como los agujeros negros cercanos.
Información adicional
Esta investigación de la Colaboración EHT se ha presentado en un artículo de A. W. Raymond et al., publicado hoy en The Astronomical Journal (doi: 10.3847/1538-3881/ad5bdb).
La colaboración EHT involucra a más de 400 investigadores de África, Asia, Europa, América del Norte y América del Sur. En concreto, en este artículo participan unas 270 personas. La colaboración internacional trabaja para captar las imágenes de agujeros negros más detalladas jamás obtenidas mediante la creación de un telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Con el apoyo de una considerable inversión internacional, EHT vincula los telescopios existentes utilizando sistemas novedosos, creando un instrumento básicamente nuevo con el mayor poder de resolución angular que se ha logrado hasta ahora.
El consorcio EHT está formado por 13 institutos: el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica, la Universidad de Arizona, el Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, la Universidad de Chicago, el Observatorio de Asia Oriental, la Universidad Goethe de Frankfurt, el Instituto de Radioastronomía Milimétrica, el Gran Telescopio Milimétrico, el Instituto Max Planck de Radioastronomía, el Observatorio Haystack del MIT, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, el Instituto Perimeter de Física Teórica, y la Universidad de Radboud.
El conjunto ALMA, (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) es una instalación astronómica internacional fruto de la colaboración entre ESO, la Fundación Nacional para la Ciencia de EE.UU. (NSF, National Science Foundation) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS, National Institutes of Natural Sciences) en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus países miembros; por la NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC, National Research Council) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (NSTC, National Science and Technology Council) de Taiwán, y por el NINS, en cooperación con la Academia Sínica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI, Korea Astronomy and Space Science Institute). La construcción y operaciones de ALMA están lideradas por ESO en nombre de sus países miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO, National Radio Astronomy Observatory), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, National Astronomical Observatory of Japan) en representación de Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operaciones de ALMA.
El Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) es un telescopio de 12 metros de diámetro, que opera en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas, entre la luz infrarroja y las ondas de radio. ESO opera APEX en uno de los observatorios más altos de la Tierra, a una altitud de 5100 metros, en lo alto de la meseta de Chajnantor, en la región chilena de Atacama. APEX es un proyecto del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR), albergado y operado por ESO en nombre del MPIfR.
Ilustración de las detecciones de mayor resolución jamás realizadas desde la superficie de la Tierra
Ubicación de los observatorios utilizados en un experimento piloto del EHT
Simulación por ordenador que ilustra el aspecto de un agujero negro en diferentes longitudes de onda
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