APEX participa en la observación más precisa llevada a cabo hasta el momento de un cuásar

Un equipo internacional de astrónomos ha observado el corazón de un cuásar distante con una precisión dos millones de veces mayor que la del ojo humano, algo sin precedentes. Por primera vez, las observaciones se han llevado a cabo conectando el telescopio APEX (Atacama Pathfinder Experiment) [1] con dos telescopios ubicados en otros dos continentes. Se trata de un paso crucial hacia el objetivo científico planteado por el proyecto “Telescopio de Horizonte de Sucesos (Event Horizon Telescope)” [2]: obtener imágenes de los agujeros negros supermasivos, tanto del que se encuentra en el centro de nuestra galaxia como de otros.

Los astrónomos conectaron el telescopio APEX, en Chile, con el conjunto Submillimeter Array (SMA) [3] (Hawaii, EE.UU.) y el Submillimeter Telescope (SMT) [4] (Arizona, EE.UU.). Fueron capaces de llevar a cabo la observación directa del centro de una galaxia distante más precisa hecha hasta el momento [5]. Se trata del brillante cuásar 3C 279, que contiene un agujero negro supermasivo con una masa de alrededor de mil millones de veces la del Sol, y está tan lejos de la Tierra que su luz ha tardado más de cinco mil millones de años en alcanzarnos. APEX es una colaboración entre el Instituto Max Planck de Radioastronomía (Max Planck Institute for Radio Astronomy, MPIfR), el Observatorio Espacial de Onsala (Onsala Space Observatory, OSO) y ESO, que es además la encargada de operar el telescopio APEX.

Los telescopios se conectaron utilizando la técnica conocida como interferometría de base ancha (en inglés VLBI, Very Long Baseline Interferometry). Los telescopios de mayor tamaño pueden hacer observaciones más precisas y la interferometría permite que múltiples telescopios actúen como uno solo, uno tan grande como la distancia que los separa. Utilizando la técnica VLBI, pueden hacerse las observaciones más precisas haciendo que la distancia que los separa sea la mayor posible. Para la observación de los cuásares, el equipo utilizó los tres telescopios para crear un interferómetro con una base transcontinental de 9.447 kilómetros de longitud entre Chile y Hawaii, 7.174 kms. entre Chile y Arizona y 4.627 kms. entre Arizona y Hawaii. La conexión de APEX (en Chile) a la red resultó crucial, ya que proporcionó la base ancha de mayor longitud.

Las observaciones se llevaron a cabo en ondas de radio con una longitud de onda de 1,3 milímetros. Es la primera vez que se hacen observaciones en longitudes de onda tan cortas utilizando bases anchas de tanta longitud. Las observaciones alcanzaron una precisión, o resolución angular, de exactamente 28 microsegundos de arco, alrededor de 8 mil millonésimas de grado. Esto implica la capacidad para distinguir detalles con una resolución dos millones de veces mayor que la del ojo humano. Observaciones con esta precisión pueden sondear escalas de menos de un año luz a lo largo del cuásar, un logro destacable para un objetivo que se encuentra a una distancia de miles de millones de años luz.

Estas observaciones representan un nuevo paso adelante hacia la obtención de imágenes de agujeros negros supermasivos y de las regiones que los rodean. En el futuro se planea conectar aún más telescopios con esta técnica con el fin de crear el denominado Telescopio de Horizonte de Sucesos (Event Horizon Telescope). Este telescopio podrá obtener imágenes de la sombra del agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, así como de otros agujeros negros que se encuentran en galaxias cercanas. La sombra — una región oscura vista en contraste con un fondo más brillante — está causada porque la luz se dobla a causa del agujero negro, y sería la primera evidencia observacional directa de la existencia de un horizonte de sucesos en un agujero negro, la frontera a partir de la cual ni siquiera la luz puede escapar.

Se trata de la primera vez que APEX participa en una observación VLBI y es la culminación de tres años de duro trabajo en la ubicación de este telescopio, que se encuentra a 5.000 metros de altitud, en el llano de Chajnantor, en los Andes chilenos, donde la presión atmosférica es tan solo la mitad de la que existe a nivel del mar. Para hacer que APEX pudiera llevar a cabo observaciones VLBI, científicos de Alemania y Suecia instalaron nuevos sistemas de adquisición de datos, un reloj atómico muy preciso y grabadoras de datos presurizadas, capaces de grabar 4 gigabits por segundo durante muchas horas bajo condiciones ambientales extremas, lo cual supone un reto. [6]. Los datos — 4 terabytes por telescopio — fueron enviados a Alemania en discos duros y procesados en el Instituto Max Planck de Radioastronomía, en Bonn.

La exitosa participación de APEX es, además, importante por otros motivos. Comparte ubicación y numerosos aspectos relacionados con su tecnología con el nuevo conjunto de telescopios ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) [7]. Actualmente ALMA se encuentra en construcción y, finalmente, consistirá en 54 antenas de 12 metros de diámetro (el mismo diámetro de APEX), más 12 antenas más pequeñas con un diámetro de 7 metros. Actualmente se está estudiando la posibilidad de conectar ALMA con la red. Con la amplia superficie colectora de las antenas de ALMA, las observaciones podrían obtener diez veces más sensibilidad que las de estas pruebas iniciales. Esto haría que la sombra del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea fuera accesible para futuras observaciones.

Notas

[1] APEX es una colaboración entre el Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR), el Observatorio Espacial de Onsala (OSO) y ESO, que a su vez se hará cargo de las operaciones. APEX es un experimento que abrirá el camino para futuras generaciones de telescopios submilimétricos, como ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), que se está construyendo y operando en el mismo llano.

[2] El proyecto Telescopio de Horizonte de Sucesos (Event Horizon Telescope) es una colaboración internacional coordinada por el Observatorio Haystack del MIT (EE.UU.).

[3] El conjunto submilimétrico SMA (Submillimeter Array) situado en Mauna Kea (Hawaii) consiste en ocho antenas de seis metros de diámetro cada una y está operado por el Smithsonian Astrophysical Observatory (EE.UU.) y la Academia Séneca de Astronomía y Astrofísica de Taiwán.

[4] El telescopio submilimétrico SMT (Submillimeter Telescope) de diez metros de diámetro, se encuentra en la cima del Monte Graham, en Arizona, y está operado por el radio observatorio de Arizona (ARO, Arizona Radio Observatory) en Tucson, Arizona (EE.UU.).

[5] Se han utilizado algunas técnicas indirectas para sondear escalas más finas, como por ejemplo las microlentes o el centelleo interestelar, pero éste es un record en lo que se refiere a observaciones directas.

[6] Estos sistemas fueron desarrollados en paralelo en Estados Unidos (Observatorio Haystack del MIT) y en Europa (MPIfR, INAF — Instituto de Radioastronomía Noto Estación VLBI, y el HAT-Lab). Se instaló un reloj atómico máser de hidrógeno estándar (T4Science), muy preciso. El SMT y el SMA ya habían sido equipados de forma similar para las observaciones VLBI.

[7] El conjunto ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), una instalación astronómica internacional, es una colaboración entre Europa, América del Norte y Asia Oriental en cooperación con la República de Chile. ESO es el socio europeo en ALMA.

Fuente: E.S.O.