El telescopio más potente de la Tierra capta imágenes de agujeros negros con un detalle sin precedentes

El Event Horizon Telescope pudo lograr observaciones de alta resolución sin precedentes desde la Tierra utilizando la frecuencia de 345 GHz, proporcionando imágenes más detalladas y coloridas de los agujeros negros.

Este avance en astrofísica aprovecha interferencias fundamentales de muy larga duración para conectar múltiples antenas de radio a nivel mundial, mejorando nuestra comprensión de los fenómenos que rodean los agujeros negros y allanando el camino para futuras visualizaciones de alta resolución y posibles imágenes en tiempo real de estas entidades cósmicas.

Un gran avance en la obtención de imágenes de agujeros negros

El proyecto Event Horizon Telescope (EHT) logró realizar observaciones de prueba que alcanzaron la resolución más alta jamás obtenida desde la superficie de la Tierra, al detectar luz proveniente de los centros de galaxias distantes con una frecuencia de aproximadamente 345 gigahercios.

Cuando se combinan con imágenes existentes de los agujeros negros masivos en el núcleo de M87 y Sgr A en la baja frecuencia de 230 GHz, estos nuevos resultados nos dejan más que un simple estudio de este fenómeno. Agujero negro Las imágenes son un 50% más nítidas pero también producen vistas multicolores del área justo fuera de los límites de estos monstruos cósmicos.

Mejoras en la radioastronomía.

Los nuevos descubrimientos liderados por científicos del Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian (CFA) que incluye el Observatorio Astrofísico Smithsonian (SAO), publicado hoy en Revista astronómica.

«Utilizando el Telescopio Event Horizon, vimos las primeras imágenes de agujeros negros al detectar ondas de radio a 230 GHz», dijo el coautor Alexander Raymond, quien fue investigador postdoctoral en el Centro de Bellas Artes de Harvard y ahora trabaja en el Centro de Bellas Artes de Harvard. Centro: «Pero el anillo brillante que vimos, que se formó por la curvatura de la luz en la gravedad del agujero negro, todavía parecía borroso porque estábamos en los límites absolutos de la nitidez de las imágenes que podíamos tomar». NASALaboratorio de propulsión a chorro de la NASALaboratorio de propulsión a chorro«A 345 GHz, nuestras imágenes serán más nítidas y detalladas, lo que revelará nuevas propiedades, tanto las que se predijeron anteriormente como quizás algunas que no se predijeron».

Un telescopio virtual del tamaño de la Tierra: liberando el poder del EHT

El EHT crea un telescopio virtual del tamaño de la Tierra conectando múltiples antenas parabólicas en todo el mundo, utilizando una técnica llamada interferometría 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 del EHT.

«Para entender por qué esto es un gran avance, piense en la enorme explosión de detalles adicionales que se obtienen cuando se pasa de imágenes en blanco y negro a imágenes en color», dijo el coautor de la investigación Shepard «Shep» Doleman, astrofísico de la Centro de Bellas Artes de Cambridge. Observatorio Sotheby’s y director fundador del Telescopio Event Horizon. «Esta nueva ‘visión del color’ nos permite separar los efectos de la gravedad de Einstein del gas caliente y los campos magnéticos que alimentan los agujeros negros y lanzan potentes chorros que fluyen a través de distancias galácticas».

Un prisma divide la luz blanca en un arco iris de colores porque diferentes longitudes de onda de luz viajan a diferentes velocidades a través del vidrio. Pero la gravedad curva toda la luz de manera similar, por lo que Einstein espera que el tamaño de los anillos vistos por el EHT sea similar tanto a 230 GHz como a 345 GHz, mientras que el gas caliente que orbita alrededor de los agujeros negros se verá diferente en esas dos frecuencias.

Superando los desafíos tecnológicos en VLBI de alta frecuencia

Esta es la primera vez que la tecnología VLBI se utiliza con éxito a 345 GHz. Si bien antes existía la capacidad de observar el cielo nocturno con telescopios individuales a 345 GHz, el uso de la tecnología VLBI en esta frecuencia ha presentado durante mucho tiempo desafíos que han requerido tiempo y progreso tecnológico para superar. El vapor de agua en la atmósfera absorbe ondas de 345 GHz mucho más que de 230 GHz, debilitando las señales de los agujeros negros de frecuencia más alta. La clave fue mejorar la sensibilidad del EHT, lo que los investigadores hicieron aumentando el ancho de banda de los instrumentos y esperando el buen tiempo en todos los sitios.

Cooperación global y tecnología de punta

El nuevo experimento utilizó dos pequeños subconjuntos del EHT, que consisten en el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) 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 Mauna Kea en Hawaii y el Telescopio de Groenlandia – para mediciones con una precisión de hasta 19 microsegundos Arc.

«Los sitios de observación más poderosos de la Tierra se encuentran a gran altura, donde la transparencia y la estabilidad atmosférica son ideales, pero el clima puede ser aún más dramático», dijo Nimesh Patel, astrofísico de CfA y SAO, e ingeniero de proyectos de la SMA, y agregó que en el SMA, las nuevas observaciones requirieron que Challenge the Icy Roads of Mauna Kea abriera el set en clima estable después de una tormenta de nieve con minutos adicionales. “Ahora, con sistemas de mayor ancho de banda que procesan y capturan franjas más amplias del espectro radioeléctrico, estamos empezando a superar problemas fundamentales de sensibilidad, como el clima, como lo demuestran los nuevos descubrimientos, es el momento adecuado para avanzar a 345 GHz”.

El futuro de la obtención de imágenes de agujeros negros: el proyecto ngEHT

Este logro también proporciona otra piedra angular en el camino hacia la creación de películas de alta resolución de los entornos del horizonte de sucesos que rodean los agujeros negros, que se basarán en actualizaciones de la matriz global existente. El proyecto planificado EHT de próxima generación (ngEHT) agregará nuevas antenas al EHT en ubicaciones geográficas mejoradas y mejorará las estaciones existentes actualizándolas todas para operar en múltiples frecuencias entre 100 GHz y 345 GHz simultáneamente. Como resultado de estas y otras mejoras, se espera que Global Array aumente en un factor de 10 la cantidad de datos nítidos y claros que tiene el EHT para obtener imágenes, lo que permitirá a los científicos no sólo producir imágenes más detalladas y sensibles, sino también películas protagonizadas por estos bestias cósmicas violentas.

Un logro importante en el campo de la investigación en astrofísica

“El éxito de la observación EHT a 345 GHz representa un logro científico importante”, afirmó Lisa Kewley, directora del CfA y del Observatorio SAO. “Al llevar los límites de resolución al límite, estamos logrando una claridad sin precedentes en la imagen del negro. agujeros que prometimos en su momento”. «Pronto, y estamos estableciendo estándares nuevos y más altos para la capacidad de la investigación astrofísica en la Tierra».

Para obtener más información sobre este descubrimiento, consulte Agujeros negros observados utilizando altas frecuencias nunca antes vistas.

Referencia: “Primeros descubrimientos de interferencia de línea de base muy larga a 870 µm” por A.W Raymond y S. Doeleman et al., 27 de agosto de 2024, Revista astronómica.
DOI: 10.3847/1538-3881/ad5bdb