Una nueva y poderosa técnica está preparada para revolucionar cómo los astrónomos observan agujeros negros, al producir imágenes nítidas y multicolores que podrían revelar su evolución dinámica en tiempo real.
Al compensar la atmósfera turbulenta de la Tierra, la técnica, llamada transferencia de fase de frecuencia (FPT), permite a los científicos que usan la matriz de telescopio de horizonte de eventos global (EHT) ver detalles más finos y características más débiles de objetos cósmicos (como los agujeros negros) que nunca antes. Este método también mejora la frecuencia de las observaciones al expandir la ventana de observación limitada del EHT, lo que permite a los científicos crear «películas» de lapso de tiempo de la actividad del agujero negro.
Un equipo internacional de investigadores ha puesto a prueba esta nueva técnica utilizando tres de los 12 telescopios que pertenecen a la matriz EHT, incluido el telescopio IRAM de 30 metros en la cima de Pico Veleta en España y el Secretario James Maxwell Telescope y los Observatorios de Array de Submilliméteres en Hawai, según un comunicado del Centro de Astrofysics At Harvard y Smithsonian (CFA).
El desafío de observar el cosmos con los telescopios terrestres comienza con la atmósfera de la Tierra, que distorsiona las ondas de radio provenientes del espacio, según Sara Issaun, autora principal del nuevo estudio y un astrónomo con el CFA. Estas distorsiones son especialmente problemáticas a frecuencias más altas como la banda de 230 Gigahertz (GHz), también conocida como la banda milimétrica, que el EHT utiliza actualmente, donde las señales son rápidamente revueltas por turbulencia atmosférica y vapor de agua. Como resultado, los datos se pueden recopilar solo en tramos de tiempo corto, limitando la sensibilidad y dificultando la detección de señales débiles.
La técnica FPT funciona aprovechando el hecho de que las variaciones atmosféricas afectan diferentes frecuencias de maneras similares, creando una correlación medible. Al observar a una frecuencia más baja, específicamente 86 GHz, que experimenta fluctuaciones atmosféricas más lentas, los científicos pueden usar esos datos para corregir las variaciones más rápidas y más disruptivas a 230 GHz. Esto permite períodos de promedio mucho más largos a la frecuencia más alta, aumentando significativamente la claridad y la sensibilidad de la señal. Este salto en el rendimiento podría permitir que el EHT detecte agujeros negros y detalles más finos que nunca antes, dijo Issaun a Space.com.
El EHT es una red global de radiotelescopios que utiliza una técnica llamada interferometría de referencia muy larga (VLBI) para combinar digitalmente observaciones de todo el mundo. Actualmente, el EHT solo está operativo durante aproximadamente 10 días cada abril, cuando las condiciones climáticas se alinean a través de los telescopios generalizados. Con FPT, los astrónomos podrían extender en gran medida esa ventana, abriendo oportunidades para observar agujeros negros de manera más regular y flexible, incluso en condiciones climáticas menos que ideales.
Ese aumento de la cadencia es clave para un objetivo importante para el EHT: convertir las imágenes fijas de agujeros negros en películas que muestran cómo cambian con el tiempo. Debido a que la mayoría de los agujeros negros evolucionan lentamente, las observaciones repetidas son esenciales para rastrear cómo la materia gira a su alrededor, cómo se lanzan los chorros de material y cómo cambian los campos magnéticos. Al observar con más frecuencia durante todo el año, el EHT podría ver cambiar los agujeros negros con el tiempo, lo que puede capturar fenómenos en tiempo real por primera vez, señaló Issaun.
Para hacer esto posible, los telescopios en la matriz EHT se están actualizando para admitir observaciones simultáneas a múltiples frecuencias. Esto incluye agregar receptores para la banda de 86 GHz. Sin embargo, no todos los telescopio en la matriz deben estar equipados con el nuevo receptor para que FPT sea efectivo. Incluso la implementación parcial puede mejorar el rendimiento de la red completa, ya que todos los telescopios funcionan en conjunto para construir una imagen completa de un objetivo cósmico. Si bien las actualizaciones de hardware requeridas son relativamente menores, cada telescopio tiene limitaciones técnicas únicas, planteando desafíos para la implementación, según Issaun.
Además de aumentar el rendimiento, esta técnica también agrega una nueva capa de complejidad a las imágenes mismas. Con múltiples bandas de frecuencia, los investigadores pueden superponer los datos en diferentes colores para revelar estructuras más detalladas alrededor de un agujero negro. Estas imágenes multibandas ayudarán a desenredar características como gasolina y campos magnéticos, pintando un retrato más dinámico y multidimensional de entornos de agujeros negros.
En última instancia, la técnica FPT podría permitir que el EHT no solo vea los agujeros negros más claramente, sino también con más frecuencia, desbloqueando una nueva era de ciencia de los agujeros negros.
Los hallazgos iniciales del equipo se publicaron el 26 de marzo en The Astronomical Journal. Los investigadores trabajan continuamente en el desarrollo de todo el potencial de la red EHT y exploran las capacidades incluso de mayor frecuencia, como 345 GHz, que pueden complementar aún más las observaciones multibandas.
