Récord en observación en modo VLBI

Todos recordamos aquella icónica imagen del agujero negro supermasivo M87* que se encuentra en el centro de la galaxia M87. Fue un hito que marcó la historia de la ciencia [1]. La imagen se obtuvo gracias a la colaboración EHT (Event Horizon Telescope), un conjunto de telescopios funcionando en modo VLBI, es decir, como un interferómetro de muy larga base. Más tarde, en 2022, pudimos ver una nueva imagen obtenida por este mismo telescopio, esta vez del agujero negro del centro de nuestra galaxia, Sgr A* [2].

Cuando en astronomía se capta una imagen desde tierra, si se quiere obtener una toma con mayor resolución, los científicos suelen acudir a telescopios más grandes o con una mayor separación entre ellos, en este último caso si hablamos de interferometría en modo VLBI. Particularizando en el EHT, el tamaño del interferómetro era similar a nuestro planeta ya que tenía telescopios repartidos por todo el globo. Con esto, el tamaño del telescopio virtual resultante ya no podía ser mayor. Sin embargo, con el fin de alcanzar una mayor resolución cabe otra opción: observar en una longitud de onda más corta, es decir, captar una luz de mayor frecuencia. Y eso es precisamente lo que ha hecho la colaboración EHT.

Pasar de 1,30 mm a 0,87 mm en modo VLBI

En un primer lugar, las imágenes obtenidas de M87* y de Sgr A* fueron captadas a una longitud de onda de 1,30 mm. Sin embargo, el anillo de fotones del agujero negro, se veía borroso. Según Alexander Raymond, investigador en el JPL de la NASA en California y autor principal del articulo que expone la investigación [3], «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 han sido predichas». De este modo, se espera que el anillo de fotones sea visible de un modo mucho más nítido.

Observaciones de prueba a 0,87 mm

Para comprobar la eficacia de observar a ese nuevo valor, la colaboración EHT realizó pruebas sobre brillantes galaxias lejanas en esta nueva longitud de onda. Para demostrar que podían hacer detecciones a 0,87 mm, la colaboración EHT realizó observaciones de prueba de brillantes galaxias distantes en esta longitud de onda. Apuntó a galaxias activas, que están alimentadas por los agujeros negros supermasivos de sus núcleos. Con esto, se pudo realizar una calibración de las observaciones antes de apuntar hacia fuentes más débiles, como son los agujeros negros cercanos.

Para captar estos agujeros negros no usaron el EHT al completo sino que se usó un subconjunto de ellos. Utilizaron el interferómetro ALMA (Atacama Large Millimeter-submillimeter Array) y APEx (Atacama Pathfinder Experiment), en Chile; el telescopio IRAM de 30 metros, en España; NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array), en Francia; el Telescopio de Groenlandia; y el Submillimeter Array, en Hawai. Con esa configuración, se lograron detalles de hasta 19 microsegundos de arco, llegando a la resolución más alta jamás obtenida desde la superficie terrestre. Sin embargo, aún no han obtenido imágenes ya que no utilizaron las antenas suficientes como para reconstruir la imagen.

El tapón de una botella en la Luna

Lo importante de las pruebas realizadas es que han abierto una nueva ventana para el estudio de los agujeros negros. Con el EHT al completo en modo VLBI, se estima que se puedan ver detalles de 13 microsegundos de arco. Es decir, a 0,87 mm de longitud de onda, se podrá observar un detalle como el tapón de una botella en la Luna desde la superficie de la Tierra. En comparación, se trata de una resolución de aproximadamente un 50% más que las obtenidas en las imágenes de M87* y de Sgr A*. Además, existe la posibilidad de observar agujeros negros más distantes, más pequeños y más débiles que los dos que la colaboración EHT ha fotografiado hasta ahora.

Aplicación del modo VLBI en una longitud de onda sin precedentes

Esta es la primera vez que el modo VLBI se utiliza con éxito en la longitud de onda de 0,87 mm. Es cierto que ya se había observado antes el cielo nocturno en esa banda. Sin embargo, el uso de la técnica VLBI en esta longitud de onda nunca mostró un éxito en los datos ya que necesitaba de nuevos avances tecnológicos. Un ejemplo de esos retos era que el vapor de agua en la atmósfera absorbe muchas más cantidad de energía a 0,87 mm que a 1,30 mm. Esto tiene la consecuencia directa de que los radiotelescopios no puedan recibir señales nítidas de agujeros negros en esa banda de onda más corta.

Ahora, con el éxito del EHT en detecciones con modo VLBI a 0,87 mm, abren una nueva ventana de observación orientada al estudio de agujeros negros supermasivos. Uno de los coautores del estudio que expone esta investigación, Thomas Krichbaum, del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania, baticina que «en el futuro, la combinación de los telescopios IRAM en España y NOEMA en Francia, junto con ALMA y APEx permitirán obtener, simultáneamente, imágenes de emisiones aún más pequeñas y débiles de lo que ha sido posible hasta ahora en dos longitudes de onda, 1,30 mm y 0,87. Sin duda, nos espera un gran futuro en el estudio de agujeros negros.

Artículos científicos relacionados

[1] EHT Collaboration (2019-1). First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole. The Astrophysical Journal Letters, 875 : L1. DOI: 10.3847/2041-8213/ab0ec7 (Ver).

[2] EHT Collaboration, Akiyama, K. et al (2022). First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole in the Center of the Milky Way. The Astrophysical Journal Letters, 930, iss. 2, L12. DOI: 10.3847/2041-8213/ac6674 (Ver).

[3] Raymond, A.W. et al (2024). First Very Long Baseline Interferometry Detections at 870 μm. The Astronomical Journal, 168, iss. 3. DOI: 10.3847/1538-3881/ad5bdb (Ver).

Referencias

• EHT scientists make highest-resolution observations yet from the surface of Earth. ESO Press Release, eso2411 (Ver).
• Científicos del EHT realizan las que, hasta el momento, son las observaciones de mayor resolución hechas desde la superficie de la Tierra. ESO Nota de prensa, eso2411es-cl (Ver).
• En la sombra del agujero negro. Astrométrico (Ver).
• Así es el agujero negro del centro de nuestra galaxia. Astrométrico (Ver).