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.
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| 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. Las observaciones de prueba detectaron luz de galaxias distantes a una longitud de onda de 0,87 mm y se realizaron con algunos de los observatorios (en rojo) que forman parte del EHT, un telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Una de estas galaxias distantes, vista como un punto, está representada en la parte superior derecha, mientras envía señales de radio hasta la Tierra. Aunque las condiciones climáticas no eran las ideales (y dificultaron las observaciones desde algunos sitios), el equipo pudo observar numerosas galaxias utilizando múltiples estaciones. Se realizaron detecciones robustas utilizando diferentes pares de telescopios, indicados como puntos brillantes: el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), en el desierto de Atacama (Chile), ALMA y el telescopio IRAM de 30 metros ubicado en España, y ALMA y el Submillimeter Array (Hawái). La Colaboración EHT es famosa por conectar telescopios de todo el mundo utilizando una técnica llamada interferometría de línea de base muy larga para obtener imágenes de agujeros negros supermasivos. Las observaciones anteriores del EHT se realizaron a una longitud de onda de 1,3 mm. Al observar una galaxia activa distante a una longitud de onda más baja, el equipo pudo capturar imágenes de mayor resolución sin formar un telescopio virtual más grande. Crédito: ESO/M. Kornmesser |
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.
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| 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). El experimento utilizó por primera vez, con éxito, la técnica de interferometría de línea de base muy larga, que conecta telescopios a cientos o miles de kilómetros de distancia, para observar la luz a una longitud de onda de 0,87 mm. Al observar la luz en esta longitud de onda más baja, los investigadores del EHT pudieron obtener observaciones de mayor resolución que antes, sin formar un telescopio más grande. Las detecciones realizadas tienen la resolución más alta jamás obtenida desde la superficie de la Tierra. Las instalaciones que participaron fueron: el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), en Chile, el telescopio IRAM de 30 metros (30-M) en España y el NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) en Francia, así como el Telescopio de Groenlandia (GLT) y el Submillimeter Array (SMA) en Hawái. ESO es socio de ALMA y coanfitrión y colaborador de APEX. Crédito: ESO/M. Kornmesser |
"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.
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| 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 |
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.
El Observatorio Europeo Austral (ESO) pone a disposición de la comunidad científica mundial los medios necesarios para desvelar los secretos del Universo en beneficio de todos. Diseñamos, construimos y operamos observatorios de vanguardia basados en tierra -utilizados por la comunidad astronómica para abordar preguntas emocionantes y difundir la fascinación por la astronomía- y promovemos la colaboración internacional en astronomía. Establecida como organización intergubernamental en 1962, hoy ESO cuenta con el apoyo de 16 Estados Miembros (Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza), junto con Chile, país anfitrión, y con Australia como socio estratégico. La sede de ESO y su planetario y centro de visitantes, el ESO Supernova, se encuentran cerca de Múnich (Alemania), mientras que el desierto chileno de Atacama, un lugar maravilloso con condiciones únicas para observar el cielo, alberga nuestros telescopios. ESO opera tres sitios de observación: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope junto con su interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer), y telescopios de rastreo como VISTA. También en Paranal, ESO albergará y operará el Cherenkov Telescope Array South, el observatorio de rayos gamma más grande y sensible del mundo. En Chajnantor, junto con socios internacionales, ESO opera ALMA, una instalación que observa los cielos en el rango milimétrico y submilimétrico. En Cerro Armazones, cerca de Paranal, estamos construyendo "el ojo más grande del mundo para mirar el cielo": el Telescopio Extremadamente Grande de ESO (ELT, Extremely Large Telescope). Desde nuestras oficinas en Santiago (Chile), apoyamos el desarrollo de nuestras operaciones en el país y nos comprometemos con los socios chilenos y con la sociedad chilena.
Las traducciones de las notas de prensa de ESO las llevan a cabo miembros de la Red de Divulgación de la Ciencia de ESO (ESON por sus siglas en inglés), que incluye a expertos en divulgación y comunicadores científicos de todos los países miembros de ESO y de otras naciones.
El nodo español de la red ESON está representado por J. Miguel Mas Hesse y Natalia Ruiz Zelmanovitch.
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Publicado en ESO el 27 de agosto del 024, enlace publicación.
