Un telescopio virtual del tamaño de la Tierra muestra imágenes de agujeros negros como nunca se habían visto antes
Las imágenes obtenidas por el Telescopio del Horizonte de Sucesos de ciertos agujeros negros son las más nítidas y detalladas obtenidas hasta ahora, revelando nuevas propiedades de estos enigmáticos objetos celestes.
La colaboración Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) ha realizado observaciones de prueba logrando la mayor resolución jamás obtenida desde la superficie de la Tierra, al detectar luz de los centros de galaxias distantes a una frecuencia de alrededor de 345 GHz.
Agujeros negros supermasivos observados con más resolución
Al combinarlos con imágenes existentes de agujeros negros supermasivos en los corazones de M87 y Sgr A a la frecuencia más baja de 230 GHz, estos nuevos resultados no solo harán que las fotografías de agujeros negros sean un 50% más nítidas, sino que también producirán vistas multicolores de la región inmediatamente fuera del límite de estas bestias cósmicas.
Las nuevas detecciones, lideradas por científicos del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA) que incluye el Observatorio Astrofísico Smithsoniano (SAO), se publican en The Astronomical Journal.
"Con el EHT, vimos las primeras imágenes de agujeros negros al detectar ondas de radio a 230 GHz, pero el anillo brillante que vimos, formado por la luz que se dobla en la gravedad del agujero negro, todavía se veía borroso porque estábamos en los límites absolutos de la nitidez con la que podíamos obtener las imágenes", dijo el codirector del artículo, Alexander Raymond, anteriormente investigador postdoctoral en el CfA, y ahora en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (NASA-JPL). "A 345 GHz, nuestras imágenes serán más nítidas y detalladas, lo que a su vez probablemente revelará nuevas propiedades, tanto las que se habían predicho anteriormente como tal vez algunas que no".
El EHT crea un telescopio virtual del tamaño de la Tierra conectando varias antenas parabólicas repartidas por todo el planeta, mediante una técnica denominada interferometría de línea de base muy larga (VLBI). Para obtener imágenes de mayor resolución, los astrónomos tienen dos opciones: aumentar la distancia entre las antenas parabólicas u observar a una frecuencia más alta. Dado que el EHT ya tenía el tamaño de nuestro planeta, aumentar la resolución de las observaciones terrestres requería ampliar su rango de frecuencia, y eso es lo que ha hecho ahora la Colaboración EHT.
"Para entender por qué esto es un gran avance, basta pensar en la explosión de detalles adicionales que se obtienen al pasar de fotos en blanco y negro a fotos en color", dijo el codirector del artículo Sheperd "Shep" Doeleman, astrofísico del CfA y SAO, y director fundador del EHT. "Esta nueva ' visión en color ' nos permite separar los efectos de la gravedad de Einstein de los gases calientes y los campos magnéticos que alimentan los agujeros negros y lanzan poderosos chorros que se propagan a través de distancias galácticas".
Un prisma divide la luz blanca en un arco iris de colores porque las diferentes longitudes de onda de la luz viajan a distintas velocidades a través del vidrio. Pero la gravedad dobla toda la luz de manera similar, por lo que Einstein predice que el tamaño de los anillos vistos por el EHT debería ser similar tanto a 230 GHz como a 345 GHz, mientras que el gas caliente que gira alrededor de los agujeros negros se verá diferente en estas dos frecuencias.
Esta es la primera vez que se ha utilizado con éxito la técnica VLBI en una frecuencia de 345 GHz. Si bien antes existía la capacidad de observar el cielo nocturno con telescopios individuales a 345 GHz, el uso de la técnica VLBI en esta frecuencia ha presentado durante mucho tiempo desafíos que llevaron tiempo y avances tecnológicos para superarse.
El vapor de agua en la atmósfera absorbe las ondas a 345 GHz mucho más que a 230 GHz, lo que debilita las señales de los agujeros negros en la frecuencia más alta. La clave fue mejorar la sensibilidad del EHT, lo que los investigadores lograron aumentando el ancho de banda de la instrumentación y esperando a que hiciera buen tiempo en todos los sitios.
El nuevo experimento utilizó dos pequeños subconjuntos del EHT —compuestos por el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) en Chile, el telescopio IRAM de 30 metros en España, el NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) en Francia, el Submillimeter Array (SMA) en Maunakea en Hawái y el Greenland Telescope— para realizar mediciones con una resolución de hasta 19 microsegundos de arco.
"Los lugares de observación más potentes de la Tierra existen a grandes altitudes, donde la transparencia y la estabilidad atmosféricas son óptimas, pero el clima puede ser más dramático", dijo Nimesh Patel, astrofísico del CfA y SAO, e ingeniero de proyectos en SMA, y agregó que en el SMA, las nuevas observaciones requirieron desafiar las carreteras heladas de Maunakea para abrir el conjunto en el tiempo estable después de una tormenta de nieve con minutos de sobra.
"Ahora, con sistemas de gran ancho de banda que procesan y captan franjas más amplias del espectro radioeléctrico, estamos empezando a superar problemas básicos de sensibilidad, como el clima. Es el momento adecuado, como demuestran las nuevas detecciones, para avanzar a 345 GHz", añadió Patel.
El proyecto de EHT de próxima generación (ngEHT) previsto añadirá nuevas antenas al EHT en ubicaciones geográficas optimizadas y mejorará las estaciones existentes actualizándolas todas para que funcionen en múltiples frecuencias entre 100 GHz y 345 GHz al mismo tiempo.
Como resultado de estas y otras mejoras, se espera que el conjunto global aumente la cantidad de datos nítidos y claros que el EHT tiene para obtener imágenes en un factor de 10, lo que permitirá a los científicos no solo producir imágenes más detalladas y sensibles, sino también películas protagonizadas por estas violentas bestias cósmicas.
"La exitosa observación del EHT a 345 GHz es un hito científico importante", afirmó Lisa Kewley, directora de CfA y SAO. "Al ampliar los límites de resolución, estamos logrando la claridad sin precedentes en la obtención de imágenes de agujeros negros que prometimos al principio y estableciendo estándares nuevos y más altos para la capacidad de investigación astrofísica terrestre".
Referencia
Alexander W. Raymond et al, First Very Long Baseline Interferometry Detections at 870 μm, The Astronomical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-3881/ad5bdb