Nuestra primera imagen de un agujero negro fue un gran momento para la ciencia. Así es como aprenderemos aún más sobre estos extraños gigantes que rompen las reglas.
Ahora, un grupo de astrónomos de la Universidad Radboud en la ciudad de Nijmegen, Países Bajos, junto con la Agencia Espacial Europea y otros socios, están desarrollando un plan para obtener imágenes mucho más nítidas de los agujeros negros.
La primera imagen de un agujero negro del Event Horizon Telescope (EHT) fue un triunfo científico y una hazaña de cooperación, ingeniería y tecnología. Agregue también la curiosidad innata de nuestra especie sobre la naturaleza. Es una mezcla potente y efectiva.
Pero, la imagen estaba un poco borrosa, ¿no? Sigue siendo un triunfo, y se generarán muchas investigaciones y nuevos trabajos. ¿Pero podría ser aún mejor?
El grupo de científicos tiene un plan para lanzar radiotelescopios al espacio para obtener imágenes más claras de los agujeros negros. Han publicado un artículo en la revista Astronomy and Astrophysics que detalla sus planes. ¿Su objetivo final? Para probar la Teoría de la Relatividad General de Einstein, nuevamente.
"La teoría de la relatividad general de Einstein predice exactamente qué tamaño y forma debería tener una sombra de agujero negro".
Freek Roelofs, autor principal, Universidad de Radboud.
El EHT es un grupo de radiotelescopios de todo el mundo que funcionan conjuntamente. Trabajan según el principio de interferometría. Juntos, los telescopios ‘actúan como una especie de telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Así es como conseguimos un telescopio lo suficientemente grande como para ver un agujero negro. Pero el EHT se ve obstaculizado por lo mismo que otros telescopios terrestres: la atmósfera de la Tierra.
La atmósfera de la Tierra puede crear muchos problemas para los astrónomos. Los telescopios tienen que adaptarse de alguna manera a la atmósfera para reunir imágenes de objetos a grandes distancias. Es por eso que los telescopios se construyen en ubicaciones especiales: idealmente en entornos áridos a gran altitud.
Los radiotelescopios del EHT se encuentran en lugares de gran altitud en todo el mundo. Están en los Alpes, en Sierra Nevada, en Atacama y en Hawai. Pero todavía están limitados por la atmósfera de la Tierra. Y esa atmósfera evita que las ondas de radio de mayor frecuencia alcancen los ‘ámbitos.
"En el espacio, puedes hacer observaciones a frecuencias de radio más altas, porque las frecuencias de la Tierra son filtradas por la atmósfera".
Freek Roelofs, autor principal, Universidad de Radboud.
Hay otro factor limitante para la efectividad del EHT: el tamaño de la Tierra. En la Tierra solo podemos usar interferometría para vincular ámbitos que no estén más separados que el "ancho" de la Tierra. Por lo tanto, cualquier telescopio virtual está limitado por el tamaño de nuestro planeta.
Los autores del artículo tienen una solución tanto para el problema de la atmósfera como para el problema del tamaño de la Tierra. Poner radiotelescopios en su lugar.
Llaman a su proyecto propuesto el Event Horizon Imager (EHI), y dicen que puede producir imágenes de agujeros negros cinco veces más nítidos que el EHT. La idea es poner en órbita dos o tres satélites que actuarían como observatorios de radio. Por ahí, estarían libres de las dos limitaciones de EHT.
"Hay muchas ventajas de usar satélites en lugar de radiotelescopios permanentes en la Tierra, como con el Event Horizon Telescope (EHT)", dice Freek Roelofs, candidato a doctorado en la Universidad de Radboud y autor principal del artículo. “En el espacio, puedes hacer observaciones a frecuencias de radio más altas, porque las frecuencias de la Tierra son filtradas por la atmósfera. Las distancias entre los telescopios en el espacio también son mayores. Esto nos permite dar un gran paso adelante. Podríamos tomar imágenes con una resolución más de cinco veces mayor de lo que es posible con la EHT ".
El equipo creó imágenes simuladas de agujeros negros que representan lo que el EHI podría ver.
Las imágenes más nítidas de un agujero negro conducirán a una mejor información que podría usarse para probar la Teoría de la Relatividad General de Einstein con mayor detalle. "El hecho de que los satélites se muevan alrededor de la Tierra ofrece ventajas considerables", dice el profesor de radioastronomía Heino Falcke. “Con ellos, puedes tomar imágenes casi perfectas para ver los detalles reales de los agujeros negros. Si se producen pequeñas desviaciones de la teoría de Einstein, deberíamos poder verlas ".
Pruebas adicionales de la Teoría de la Relatividad General de Einstein son uno de los objetivos principales de la EHI. En un intercambio de correos electrónicos con la revista Space, el autor principal Freek Roelofs lo explicó de esta manera: "La teoría de la relatividad general de Einstein predice exactamente qué tamaño y forma debería tener una sombra de agujero negro. Las teorías alternativas de la gravedad predicen diferentes tamaños y formas, pero la diferencia con la predicción de la relatividad general es generalmente menor al 10% más o menos. Entonces, para poder distinguir entre la relatividad general y otras teorías de la gravedad, necesitamos las imágenes de alta resolución que solo podemos obtener de las observaciones basadas en el espacio ".
Sí, hay otras teorías de la gravedad. A pesar de que cada vez que los científicos pueden probar el TGR de Einstein, la evidencia respalda la teoría, todavía hay algunas preguntas molestas. Existen múltiples teorías alternativas de la gravedad en el mundo de la ciencia, y en su mayoría están relacionadas con nuestras preguntas sin respuesta sobre agujeros negros, materia oscura y energía oscura.
Hay docenas de teorías alternativas de la gravedad, y a la mayoría de ellas no les ha ido bien en contra de la evidencia. Pero existen porque si uno de estos experimentos diseñados para probar el TGR de Einstein demuestra que es falso, tenemos que tener otra teoría para trabajar.
“Con el EHT, los discos duros con datos se transportan al centro de procesamiento en avión. Por supuesto, eso no es posible en el espacio ".
Volodymyr Kudriashov, investigador en Radboud Radio Lab y ESA / ESTEC.
Hay muchos desafíos que resolver si el EHI alguna vez se cumple. Con el EHT, cada observatorio guarda sus datos en un disco duro que se entrega a un centro de procesamiento de datos. Todos los datos de cada ámbito se combinan utilizando un reloj atómico para una precisión extrema. Pero, ¿cómo funcionará eso en el espacio?
“Con el EHT, los discos duros con datos se transportan al centro de procesamiento en avión. Por supuesto, eso no es posible en el espacio ", dijo Volodymyr Kudriashov, un investigador del Radboud Radio Lab que también trabaja en ESA / ESTEC. Según el documento, se podría utilizar un enlace láser para enviar los datos a la Tierra para su procesamiento. Ya hay un precedente para eso, dicen, y las futuras misiones espaciales planificadas refinarán las comunicaciones láser aún más.
Otro desafío es la posición precisa y la velocidad de los satélites necesarios para producir imágenes nítidas. "El concepto exige que debe poder determinar la posición y la velocidad de los satélites con mucha precisión", dijo Kudriashov. "Pero realmente creemos que el proyecto es factible".
El EHI funcionaría en conjunto con el EHT como una especie de interferómetro híbrido, combinando los datos de todos los observatorios terrestres con los datos de los observatorios orbitales. Lo mejor de ambos mundos.
"El uso de un híbrido como este podría proporcionar la posibilidad de crear imágenes en movimiento de un agujero negro, y es posible que pueda observar aún más y también fuentes más débiles", dijo Falcke.
Fuentes:
- Comunicado de prensa: telescopios en el espacio para imágenes aún más nítidas de agujeros negros
- Documento de investigación: simulaciones de imágenes del horizonte de eventos de Sagitario A * desde el espacio
- Event Horizon Telescope
