La colaboración del Event Horizon Telescope (EHT) observó el experimento utilizando el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) y otras instalaciones, logrando la resolución más alta obtenida desde la superficie de la Tierra (1). Lograron esta hazaña detectando luz de galaxias distantes a una frecuencia de aproximadamente 345 GHz, equivalente a una longitud de onda de 0,87 mm. La colaboración anticipa que en el futuro podrán producir imágenes de agujeros negros que sean un 50% más detalladas de lo que era posible anteriormente, enfocando más nítidamente la región más allá de los límites del agujero negro supermasivo inmediatamente cercano. Podrán fotografiar más agujeros negros que nunca. La nueva detección, parte de una prueba piloto, se publicó hoy. La revista astronómica.
La Colaboración EHT publicó imágenes del agujero negro supermasivo M87* en el centro de la galaxia M87 en 2019 y de Sgr A*, el agujero negro en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, en 2022. Estas imágenes se obtuvieron combinando múltiples radioobservatorios en todo el planeta utilizando una técnica llamada interferometría de línea de base muy larga (VLBI) para formar un único telescopio virtual del “tamaño de la Tierra”.
Para obtener imágenes de alta resolución, los astrónomos suelen confiar en grandes telescopios, o en una gran separación entre observatorios que funcionan como parte de un interferómetro. Pero como el EHT ya tenía el tamaño de la Tierra, se requirió un enfoque diferente para aumentar la resolución de sus observaciones terrestres. Otra forma de aumentar la resolución de un telescopio es observar una longitud de onda de luz más corta, y esto es lo que ha hecho ahora la colaboración EHT.
“Con el EHT vimos las primeras imágenes de agujeros negros usando observaciones en longitudes de onda de 1,3 mm, pero el anillo brillante que vimos, causado por la curvatura de la luz por la gravedad del agujero negro, todavía parecía débil porque estábamos en su límite absoluto. “Básicamente pudimos tomar las imágenes”, dijo el codirector del estudio Alexander Raymond, ex becario postdoctoral en el Centro de Astrofísica. Harvard y Smithsonian (CfA), y ahora en el Jet Propulsion Laboratory, ambos en Estados Unidos. “A 0,87 mm, nuestras imágenes serán más nítidas y detalladas, lo que potencialmente revelará nuevas características que se predijeron previamente y posiblemente no”.
Para demostrar que podían detectar a 0,87 mm, la colaboración realizó observaciones de prueba de galaxias brillantes y distantes en esta longitud de onda (2). En lugar de utilizar todo el conjunto EHT, emplearon dos sondas más pequeñas, las cuales incluían ALMA y el Experimento Atacama Pathfinder (APEX) en el desierto de Atacama de Chile. El Observatorio Europeo Austral (ESO) es socio de ALMA y coanfitrión y colabora con APEX. 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 telescopio submilimétrico en Hawaii.
En este experimento piloto, la colaboración logró observaciones con detalles de hasta 19 microsegundos de arco, lo que significa que realizaron observaciones con la resolución más alta desde la superficie de la Tierra. Sin embargo, aún no han podido obtener imágenes: aunque han realizado fuertes detecciones de luz de varias galaxias distantes, no se han utilizado suficientes antenas para poder reconstruir con precisión una imagen a partir de los datos.
Este experimento técnico ha abierto una nueva ventana al estudio de los agujeros negros. Con el conjunto completo, el EHT puede ver detalles tan pequeños como 13 microsegundos de arco, el equivalente a ver la tapa de una botella en la Luna desde la Tierra. Esto significa que, con 0,87 mm, podrán obtener imágenes con una resolución aproximadamente un 50 % mayor que las imágenes M87* y SgrA* de 1,3 mm publicadas anteriormente. Además, la colaboración tiene el potencial de observar agujeros negros más distantes, más pequeños y más débiles que las dos imágenes tomadas hasta ahora.
El director fundador del EHT, Sheperd “Shep” Doeleman, astrofísico del CfA y codirector del estudio, dijo: “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 acumulan materia. Pueden lanzar poderosos chorros que flotan a lo largo de la distancia galáctica”.
Esta es la primera vez que la técnica VLBI se utiliza con éxito en una longitud de onda de 0,87 mm. Aunque la capacidad de observar el cielo nocturno a 0,87 mm existía antes de la nueva detección, el uso de técnicas VLBI en esta longitud de onda siempre ha presentado desafíos que han requerido tiempo y avances tecnológicos para superar. Por ejemplo, el vapor de agua en la atmósfera absorbe ondas de 1,3 mm a 0,87 mm, lo que dificulta que los radiotelescopios capten señales de agujeros negros en longitudes de onda más cortas. Combinado con una turbulencia atmosférica cada vez más pronunciada y la generación de ruido en longitudes de onda cortas, y la incapacidad de controlar las condiciones climáticas globales durante observaciones atmosféricas sensibles, el progreso en longitudes de onda cortas para VLBI, especialmente aquellos que cruzan la barrera del régimen submilimétrico, ha sido lento. Pero con esta nueva detección, todo eso ha cambiado.
“Estas detecciones de señales VLBI a 0,87 mm son innovadoras porque abren una nueva ventana de observación para el estudio de agujeros negros supermasivos”, dijo el coautor del estudio Thomas Krichbaum del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania. que opera el telescopio APEX con ESO. Y añadió: “En el futuro, la combinación de ALMA y APEX con el telescopio IRAM de España (IRAM-30m) y el de Francia (NOEMA) permitirá obtener imágenes de emisiones más pequeñas y más débiles de lo que ha sido posible hasta ahora en dos longitudes de onda, 1,3 mm y 0,87″. mmm, al mismo tiempo.”
Nota
(1) Se han realizado observaciones astronómicas con mayor resolución, pero se obtuvieron combinando señales de telescopios terrestres con telescopios 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 únicamente telescopios terrestres.
(2) Para probar sus observaciones, la colaboración del EHT apuntó antenas a galaxias “activas” muy distantes, que están alimentadas por agujeros negros supermasivos en sus núcleos y son muy brillantes. Estas fuentes ayudan a calibrar las observaciones antes de apuntar el EHT a fuentes oscuras, como los agujeros negros cercanos.